![3.2
trazado y conservación de las pistas y cammos interiores de la obra, porque repercuten:
- en la polencia necesaria de los vehículos y por consiguiente, en el consumo de combustible.
- en el tiempo de transporte, al conseguirse menores velocidades si están en mal estado.
- en la capacidad de transporte al ser mayores las cargas si están bien conservadas.
- en la propia logística, si se producen averías y no hay zona de estacionamiento. Una falsa
economía inicial o de proyecto puede ocasionar llevar mayor repercusión a lo largo de la obra,
incluso en el plazo de ejecución si hay que variar el trazado de las pistas durante la obra.
b.3.- Climatología (visibilidad, pluviometría, heladas)
La climatología no sólo afecta a las interrupciones de trabajo sino al estado del firme
pues el barro y la humedad reducen la tracción de las máquinas (traficabilidad). Cuando la
temperatura es inferior a 2ºC en la sombra, deben suspenderse los trabajos de relleno.
b.4.- Altitud, que puede reducir la potencia de las máquinas.
e) Organización de la obra:
c.1.- Planificación: afecta a la producción de la máquina: esperas, maniobras,...
Hay que cuidar el orden de los trabajos para reducir al mínimo el número de máquinas
necesarias y evitar embotellamientos y retrasos.
c.2.- Incentivos a la producción.
d) Habilidad y experiencia del operador.
Estos factores no son de aplicación tola] y cada uno deberá emplearse sólo cuando lo
requieran las circunstancias.
3.2 EFICIENCIA HORARIA.
Se denomina Producción óptima o de punta (peak) PºP a la mejor producción alcanzable
trabajando los 60' de cada hora.
En la práctica se trabaja sólo 45 ó so' a la hora por lo que la producción normal Pn será:
p n = 50 / 60 X pop = Ü,83 X pop = fb X pop
(
(
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(](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-41-320.jpg)
![5.16
METODO DE TRABAJO fm
Normal 1,00
Empuje en zanja 1,20
Empuje de dos tractores en paralelo 1,15 - 1,25
Tabla 5.11 Factor del método de trabajo (fm)-
Teniendo en cuenta lo anterior la producción será:
R' = Producción real (material suelto)
R = Producción teórica según 1a gráfica (materia] suelto)
fh = Factor de eficiencia horaria.
fO = Factor de habilidad y motivación del operador
fu= Factor de llenado de la hoja (blade factor)
fP = Factor de pendiente del terreno.
fm = Factor del método de trabajo.
5.6.2 PRODUCCION DEL BULLDOZER MEDIANTE LA DURACION DEL
CICLO Y SU PRODUCCION.
Se calcula según se explicó en el capítulo 3, teniendo en cuenta que :
- La producción por ciclo es la correspondiente a la capacidad de la hoja, que de no
tener datos prácticos se puede tomar como se explicó en 5.4, VL = K x L x H2 o bien
medirla experimentaJmente tomando las medidas del montón con una cinta métrica.
FASE OPERACION VELOCIDAD (Km/h)
1ª y 2ª Excavación y acarreo 2;5 - 4
3a Retroceso 6 - 10
Tabla 5.12 Velocidades del bulldozer en empuje.
5.7 TECNICAS DE EXCAVACION Y EMPUJE.
La eficacia de un bulJdozer en una obra determinada depende de su producción horaria,
y por ello de la forma en que se organicen sus trabajos y las técnicas empleadas.
(
(
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(
(](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-93-320.jpg)
![6.10
6.9 PRODUCCION.
La producción de las cargadoras depende de vanos factores: capacidad y grado de
llenado de la cuchara, velocidades de maniobra y elevación y, método de carga.
a) Capacidad de Ja cuchara:
Hay que diferenciar la capacidad de la cuchara a ras o colmada, pues se utilizan ambas
según la clase de material a cargar.
Ambas están definidas por las Normas de la SAE (Society of Automotive Engineers),
según la figura 6.15.
CAPACIDADES DEL CUCHARON SEGUN LAS.A.E.
M'
~ 2.7
~ 2.5
5 2.3
::, 2.1
~ 1.9
: ~ 1.7
o 1.5
~ 1.4
¡ ~ 1.2
'
¿
'-
.,
' ' '
"
-A
-...... $
~--
0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3
r
e
~ 0.9
u DENSIDAD DEL MATERIAL (en miles) lkg/M'
6.15 Capacidades de la cuchara. Fig. 6.16 Distintas cucharas de la cargadora
CAT 916.
Los fabricantes ofrecen cucharas de distintos volúmenes, según el tipo de material a
cargar. Los más normales en O.P. son uso general (densidad d= 1,8 t/m 3) y roca (d=2,3).
Como ]a carga máxima operacional no varía para un modelo de cargadora, se tiene que
Carga = d x Vo1, lo cual se refleja en una gráfica de selección (figura 6.16), que apareca en el
catálogo correspondiente, en la que se elije la capacidad en volumen que corresponde a la
densidad del material a utilizar.
La cuchara se llena más o menos según el tipo de material (factor de llenado, variable
del 65% al 100%). Por consiguiente, el volumen útil será: C0 = C x fu .
b) Tiempos básicos medios del ciclo de maniobra:
La duración del ciclo básico medio (carga, vaciado y maniobra) para una cargadora
cargadora, en buenas condiciones de trabajo (buen material, buena rodadura, operador
competente y buenas condiciones de vertido), puede estimarse en:
- 24 segundos para cargadora de ruedas
- 36 segundos para cargadora de cadenas
Cuando aumenta la distancia entre los puntos de carga y de vaciado, hay que añadir los
tiempos de recorrido de ida y regreso según la velocidad de la máquina.
f
(
(
f
(
r
(
(
'
(
(
(
(
(](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-121-320.jpg)
![8.21
de una sola vez sm que sobre o falte material (S). Para ello, la capacidad del cazo debe ser
proporcionada a la altura del banco.
E=Dª
L 1
L
e
a X ]
Siendo:
L = carrera óptima de ataque (m.)
e - Capacidad nominal de la cuchara (m'.)
a~ Profundidad de ataque (m.)
1 - Anchura media de la cuchara (m.)
Fig. 8.37 Carrera óptima L.
h) Organización de la obra (fm) (management factor): No cabe duda que la producción
variará según el grado de organización que exista en la obra y en el trabajo.
i) Desplazamientos de la excavadora: La producción de la máquina viene sensiblemente
afectada por las pérdidas de tiempo producidas por los desplazamientos, sobre todo si éstos son
frecuentes.
8.10.2 PRODUCCIÓN HORARIA.
P(BJ = P(sJ x Fw , Fw < 1 (Si Fw > 1 se divide)
Siendo: PceJ = Producción horaria m3/h en banco. P<sJ O material suelto
C = Capacidad nominal del cazo (m3.), a la que le corresponde una carrera
óptima, Tabla 8.7
Fw = Factor de esponjamiento del material.
te = Duración media de un ciclo teórico, en segundos supuesto un giro de 90º
entre carga y descarga.
Fh = Factor de eficiencia horaria.
f0 = factor de corrección debido al giro desde el corte a la descarga.
fH/L = factor de corrección debido al % de carrera óptima.
Capacidad nominal del cazo m
'
0,55 o,70 1,12 1,50 1,90 2, 25 2,60 3
Arcilla húneda oarenosa ligera Ir
1,5 1,8 2,15 2, 35 2,55 2,66 2,75 2,8
Arena ygrava m
1,5 1,8 2,15 2,35 2,55 2,66 2,75 2,8
Tierra común In
2,05 2,35 2,8 3,1 3,4 3,55 3,65 3,7
Arcilla dura ytenaz ,.
2,4 2,7 3,3 3,7 4 4,25 4,4 4,6
Arcilla hlÍlleda y pegajosa In
2,4 2,7 3,3 3,7 4 4, 25 4,4 4,6
Taba 8.7 Carrera de ala ue ó
q ptima. ....,_.. 1.r
.., ,.,. ,/"',
3,6
3,2
3,2
4,1
5
5](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-200-320.jpg)
![9.18
~
/
(
'°
Fig. 9.24 Ejemplo de dragado en un puerto. Descarga sobre tolva.
C.P. 9.1 Utilización de dragalinas en el "Acondicionamiento de las márgenes del Río
Guadiana" en Badajoz, por el Parque del M.O.P.T.
C)
Fig. 9.25 Estado inicial. Fig.9.26 Construcción de espigones
Fig.9.27 Dragalinas dragando
el cauce del río
(]
Fig. 9.28 Estado final después de
excavados los espigones y
protegidas las márgenes con
escollera.
Las Figs. 9.25, 9.26, 9.27, 9.28, muestran las
distintas etapas. El dragado de 1.800.000 m3 se efectuó,
mediante dragalinas que se hicieron su propio camino hasta
casi la otra margen del río, mediante la construcción de los
espigones de las Figs. 9.26, 9.27. Los terraplenes con
productos de excavación fueron 1.200.000 m3 y la longitud
de acondicionamiento 2,8 Km.
Llegaron a estar simultáneamente
capacidades de "" 2,5 m3, alcances
profundidades de dragado de 3 m.
6 dragalinas con
de 25 m., y
Con las rmsmas máquinas se construyeron y
acondicionaron islas para la avifauna y colocación de la
escollera de las márgenes.
Terminado el trabajo se retiraron los espigones (Fig. 9.28).
(
(
(
(
f
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(
(
(](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-239-320.jpg)
![Ref
1
2
3
4
13.25
13.11 PAQUETE DEL FIRME.
Está constituído de abajo arriba por las capas que figuran en el siguiente cuadro.
capa Rango espesor Extendido por Co1pactación
en perfil (et)
Explanada 50 -compactador vibratorio de suelos
Motoniveladora de 15 t.
VARIANTE A
- Subbase de zahorra natural 20 - 25
- Base de zahorra artificial 20 - 25
VARIANTE B -Compactador de dos tambores
- Suelo cemento 15 - 25 vibratorios de l0t.
- Grava cemento 15 - 25 -Compactador de neumáticos 21-35t.
Aglomerado en caliente:
Extendedora -compactador liso estático l0t en
- Base 8 - 12
aglomerado.
- Intermedia 6 - 9
- Rodadura 4 - 6
Tabla 13.16 Paquete de firme.
E] ensayo de laboratorio en las Ref. 1, 2 y 3 es el PM; en obra en Ref. 1 y 2 el nuclear
de transmisión directa y en la Ref. 3 el nuclear de retrodispersión.
Fig. 13.37 Compactador de dos tambores vibratorios para
suelo cemento, grava cemento y mezcla asfáltica.
13.11.1 EXPLANADA.
Esta es una capa muy importante ya que sus capas superiores son caras, y debe ser](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-322-320.jpg)
![13.33
Para un compactador determinado, de un ancho L, y a una vcJocidad constante para la
prueba, para cada número de pasadas, se obtiene una curva de densidades para distintos
espesores (Fig. 13.43).
La curva d3 da 1a densidad para un valor supuesto de N =3 pasadas, en la que
normalmente al aumentar el espesor, disminuye la densidad alcanzada.
Si se aumenta el ni? de pasadas (energía en obra), aumentará la densidad, y se obtendrán
sucesivamente las curvas d4 (N =4) y d5 (N=5).
Por otra parte, la producción, para un valor fijo de N, será P
corresponderá a las rectas P3 (N =3), P4 (N=4) y P5 (N=5).
K x e, luego
Si se quiere conseguir una densidad determinada d1, ésta podrá alcanzarse con el espesor
ei, obteniendo una producción máxima, Punto Pl, en la intersección con la recta P3 (N =3).
En el espesor c2, la producción máxima será el P2 en la intersección con P4. En el
espesor e3 sería el P3• Uniendo los puntos Pi, P2 y P3 se tiene una curva que dará un máximo
(espesor e', N entre 3 y 4: se toma 4). Variando las velocidades se obtienen nuevas curvas.
Para cada compactador hay que hacer, evidentemente, nuevos tramos.
El interés del tramo prueba está también en relación con sus resultados en el aspecto
económico, y el valor de los compactadores a utilizar.
Para los valores de las densidades debe tomarse la media de un número suficientemente
importante de ensayos, y en puntos adecuados para que sean lo más representativos.
El cálculo de la producción puede hacerse también estudiando un ciclo completo. Para
ello se considera una longitud determinada, ancho y espesor final y se obtiene por consiguiente
la capacidad, C, del compactador. El tiempo t del ciclo será el utilizado en dar las pasadas
necesanas.
60
p = C X X fh
t
Siendo: C = ancho x espesor x distancia = I x e x d
el tiempo del ciclo: l = Nº de pasadas x t de cada pasada N x d / V
sustituyendo:
V
p = ] X e X d X - - - X fh =
Nxd
1 X e X V
N X fh
En realidad habría que considerar en el te los tiempos invertidos en los cambios de
sentido y durante los recorridos en el material compactado para cambiar de carril, pero se
pueden englobar en el coeficiente fh cuando se emplea la fórmula.](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-330-320.jpg)
![13.35
V,01 = 16 Km/h = 4,44 m/s
l;da = L / V ida = 18,29 / 1,94 = 9,43 s
l,cr = J / Y rct = 18,29 / 4,444 = 4,12 S
tfijo = 10 S
t rota! = 23,55 S
tiempo del ciclo = t,01ai x n2 de pasadas = 141,3 s
P = (volumen / ciclo) x (n2 ciclos / hora)
p = 16 X (3600 / 141,3) X 0,83 = 338,3 m3/h
Se tendrá que trabajar con dos motoniveladoras:
P = 2 x 338,3 = 676,6 m3 L/h mayor que 568 m3 L/h
b) Producción del rodillo vibratorio:
Se necesita una producción en perfil de 5000 / 11 = 454 m3 b/h
La producción de un compactador viene dada por la expresión:
donde:
quedará por tanto:
P = .!!_ X ] X V X K X fh
N
e: 0,8 X 0,25 = 0,20
N: 4 pasadas
l: 2,15 m (ancho del rodillo)
V: 3 Km/h
K: 0,9 (coeficiente de solape)
fh: 0,83
p = (0,20 / 4) X 2,15 X 3000 X 0,9 X 0,83 = 241 m3 b/h
Se necesitan dos compactadores: P = 2 x 241 = 482 mayor que 454
EJERCICIO 13.3
Se forma un terraplén de 16000 m3 con una altura de 4,5 m y un terreno mixto granular-
arcilloso con objeto de formar una presa en un lago artificial de un club de golf.
La compactación se realiza con un rodillo vibratorio de 15 t, con patas de cabra con una
altura de patas de 20 cm y un ancho de 2,15 m.
Se pide estimar cuántos días son necesarios.
Solución:
Se estima un espesor de tongadas de 15 cm, para que la altura de tongada sea 3/4 de la
altura de las patas y sean necesarias menos pasadas, que se evalúan así en 4. Se supone un K =
0,8.
La producción de un compaclador viene dada por la expresión:](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-332-320.jpg)
![14.2
14.2 SISTEMA DE VIBRACIÓN DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE
SUELOS.
Un compactador vibratorio (Fig. 14.2) tiene un Lambor de masa M0 (Masa vibrante), en
cuyo interior (Fig. 14.3) hay un eje provisto de una masa excéntrica, m, que al girar a un número
determinado de revoluciones, w, produce una fuer:,.a centrífuga, Fe, la cual origina la vibración
del cilindro.
Fig. 14.3 Cilindro M0 •
Fig. 14.2 Compactador vibratorio de suelos.
El movimiento vibratorio pasa a través de los discos laterales del cilindro al tambor o
chapa curvada, y desde ésta se transmite al suelo.
El tambor vibranle completo con su eje, está suspendido flotante en ambos lados por
medio de unos amortiguadores constituídos por varias placas sandwich de hierro-goma-hierro
vulcanizadas que impiden el paso de las vibraciones al bastidor (masa aislada). Una placa de
hierro de] sandwich está atornillada al tambor y la otra al bastidor.
El perfecto estado de estos amortiguadores es importantísimo para el correcto
funcionamiento del compactador vibratorio, y constituyen una parte esencial de vigilancia.
14.3 PARÁMETROS DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS.
Fig. 14.4 A =Unidad motriz B = Unidad vibrante
Para designar los parámetros que intervienen se utiliza la terminología de las Normas
Europeas, para Compactadores vibratorios y Compactadores de suelos, del Comité para Equipos
(
f
(
'(
'(
'
'(
(
'
(](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-339-320.jpg)
![16.5
Hay unas distancias mínimas de seguridad según distintos procedimientos de excavación:
Ref.
1
2
3
Procedimiento
Retro
Martillo
Pico y pala
Distancia mínima
3 m.
1 m.
0,5 m.
En todos los casos de conducciones, y una vez al descubierto, hay que procurar tender unos
puentes, y apoyar o suspender de ellos las tuberías, para evitar flexiones que puedan ocasionar
roturas.
16.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO.
16.5.1 LÍNEAS ELECTRICAS.
Pueden ocasionar accidentes las líneas eléctricas, si la retro sube el cazo para la
descarga, y pasa a menos de 5 m., ya que se produce el efecto arco. Las figuras 16.6 y 16.5 contienen
recomendaciones a este respecto.
/ )'(DIOS DE 66.000 Y.
1 ~
¡
6--~ "-=-~-e::::'.'""~-=:;:--~a ·
Fig. 16.6 Efecto arco con líneas
elétricas< 66.000 V
Separación ~ 3 m.
1 ZONA OE RIESGO ]
r5m.-..
Fig. 16.3 Efecto arco con líneas eléctricas > 66.000 V
Separación ~ 5 m.](https://image.slidesharecdn.com/movimientotierras-220423020512/85/movimiento_tierras-pdf-370-320.jpg)
movimiento_tierras.pdf
- 1. fi ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS PROCEDIMIENTOS GENERALES DE CONSTRUCCIÓN Juan Tiktin MOVIMIENTO DE TIERRAS
- 2. MOVIMIENTO DE TIERRAS * UTILIZACION DE LA MAQUINARIA * PRODUCCIONES Y CASOS PRACTICOS * COMPACTACION DE MATERIALES * UTILIZACION DE COMPACTADORES 3ª Edición Septiembre 1997 Prof. JUAN TIKTIN Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
- 3. Foto Portada patrocinada por : EPSA INTERNACIONAL, S.A. Obras de Movimiento de Tierras de la línea de al1a velocidad (AVE) Madrid-Barcelonaa Es propiedad. Reservados todos los derechos © E.T.S . Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos Servicio de Puhlicaciones Ciudad Universitaria s/n. Madrid I.S .B.N.: 84-7493-204- 1 ( ( ( ( ( ( ( ( ( f ( ( l
- 4. PRÓLOGODELAUTOR Este libro pretende ser de utilidad a los estudiantes de ingeniería civil y a los ingenieros de obra. Los primeros deben ver en este texto una serie de criterios de formación con objeto de que den la importancia debida a las máquinas, en cuanto son elementos fundamentales en los distintos procesos constructivos y económicos de una obra, centrándose fundamentalmente en obtener una idea clara de las fases de trabajo de aquellas, método para calcular sus producciones y obtener su máxima utilidad. Al estudiar una obra hay que analizar las máquinas que se necesitan de acuerdo con el proceso constructivo que se va a realizar. Si bien es cierto que este no se debe desarrollar sin conocer las limitaciones de los medios disponibles en el mercado, porque el constructor se arriesga a batir records mundiales antieconómicos. Los ejercicios que figuran son el resultado de años de enseñanza en la Escuela de Caminos de Madrid, y han sido puestos en exámenes, resueltos en base a los conocimientos teóricos que se exponen en los capítulos. Los alumnos deben resolverlos sin leer la solución, sabiendo que su lectura no sirve para retener la teoría del capítulo. A los Ingenieros de Obra, se trata de inculcarles un espiritu científico para demostrar teóricamente lo que ya saben por su experiencia y de esta forma puedan extraer de las máquinas nuevas aplicaciones y desarrollos de procesos constructivos. En realidad cuando un Ingeniero conoce bien una máquina, enseguida se da cuenta de sus limitaciones, esto es lo verdaderamente importante y responde a la definición de Ingeniero: el que es capaz de desarrollar y progresar una técnica. A él van dedicados los casos prácticos y en la lectura de los ejercicios podrá encontrar casos parecidos que le hayan ocurrido y quizá le den nuevas ideas.
- 6. INDICE CAPITULO 1.- CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS ..... ..... .. ....... ..... ..... ............... ..... .. .. ........... ....... ... ... 1.1 1.2 OBJETO DEL CAPITULO 1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN 1.2 1.2 1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO ........ ......... ... ... ...... ... ... ... ........ . 1.4 1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION ......... .... ................ ... ..... ..................... ... ...... 1.6 1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR ... .. .... .. . ........ ... .... .. .. ... ... .. .... ..... ... . 1.7 1.7 CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS 1.9 CAPITULO 2.- ECUACION DEL MOVIMIENTO 2.1 OBJETO DEL CAPITULO ...... .... ... ....... ....................... ......... ...... .. .. ...... ......... ........ . 2.1 2.2 ESFUERZO TRACTOR .. ... .. .. .. ..... ... .. ..... .. .. ... ... ... .. .. .. ... ....... .. .. ..... ..... .. .. .. ... .. .. .. ... .. . 2.1 2.2.1 TRACCION DISPONIBLE 2.2.2 TRACCION UTILIZABLE 2.1 2.2 2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y UTILIZABLE ....................................... 2.3 2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION ............................................................................. 2.4 2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA ................................................................... 2.4 2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE .................................................................. 2.5 2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION ............................................................... 2.7 2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE .............................................................................. 2.8 2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO ............................................................................. 2.8 2.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ........ ....... .. .......... ... .... .. ... ................. .... ...... ...... 2.10 CAPITULO 3.- DETERMINACION DE LA PRODUCCION Y COSTE 3.1 DEFINICION DE LA PRODUCCION ....... .... ........... ... ........ ..... ..... .. .. ............... ... ........ 3.1 3.1.1 CONCEPTO ......... ............. ...... ..... .. .... ...... .... ............................. ................. 3.1 3.1.2 FACTORES ........ ............. .... ... ..... ........................ .......... .. ........ ................... 3.1 3.2 EFICIENCIA HORARIA ......................................................................................... 3.2 3.3 CICLO DE TRABAJO ............................................................................................ 3.5 3.3.1 CONCEPTO ..... .... .................. ............... ...... .......... ........... .. ........................ 3.5 3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION .. .. ..... .. ..... .. .. .. ..... ..... ... ... .. .. .... .... ... .. .. .. ... .. . 3.6 3.4 CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA .. .... .. ... .. ..... ... .... .... ..... .. .. ...... ... ... ... 3.7 3.5 CONTROL DE COSTES .......... .. .. .. ... .. ... .. ...... ... .. ....... .. ... .. .. ... .... .... ... .. .. ... .. .... .. .. .. .. 3.8 3.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS / 3.9
- 7. C.P.3.1 PRODUCCIONES EN AUTOVIAS ................................................................ 3.9 C.P. 3.2 CONSERVACION DE LA MAQUINARIA ... .......... .. ..... ... ... .. .............. ............. 3.10 C.P. 3.3 LA CONJUNCION DE ACTIVIDADES SIMULTANEAS DIFERENTES ................ 3.11 CAPITULO 4.- CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION 4.1 SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRA ....................................................... 4.1 4.2 CONSTITUCION DE SUELOS. TIPOS DE EXCAVACION ..... ......... ......... .. .... .. ..... ... .... . 4.3 TIPOS DE EXCAVACIONES ........ .. ...... ......... ... .. ..... .... .. ........ ...... .... ... ........ .. ........ .. . 4.3.1 EXCAVACION A CIELO ABIERTO .. .... .... ..... ........... ..... ... .. ... ..... ... .......... .. ..... . 4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS .......... ...... .... .. ... ..... ...... ... ... .................... . 4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS ................... ...... .. ...... ...... ....... .. .... ........... . 4.2 4.3 4.3 4.4 4.4 4.4 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA ............................................................ 4.5 4.4.1 MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA ... .... ........................... . 4.5 4.4.2 MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS SIN DESPLAZARSE ... ........... ... .. 4.5 4.4.3 MAQUINAS ESPECIALES ............................................................................ 4.6 4.5 CLASIFICACION DE ATKINSON DE UTILIZACION DE MAQUINARIA ...... .................. 4.6 4.6 CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD .. ......... .. ..... ... ..... ... ... ..... ... .... 4.7 4.6.1 INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE, Y MUFTUOGLU ...................... 4.7 4.6.2 CLASIFICACION DE FRANKLIN .................................................................. 4.8 4.7 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS .................................. 4.10 4.8 ELECCION DE LA MAQUINARIA ........................................................................... 4.12 4.9 MECANIZACION DE UNA OBRA ............................................................................ 4.13 4.10 NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS ... ..... .............. .. .. . 4.13 4.10.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTO .... ...... ............. .. ....... ...... ...... ........ ...... .... ... ... 4.14 4.10.2 DURACION Y FACTORES .................. ..... ... .. .. .... .. ........ ...... .. ......... .. ........ .... 4.14 4.10.3 DIBUJO ... ... .......... .... ........ .. .. .... ....... .. ...... .... ......... ....... ... ... ... .............. ... .. 4.16 4.10.4 DENOMINACION ........................................... ........ ................................... 4.16 4.10.5 CONCEPTO T.V.H. ... ... .. ..... ... ... ..... ........ .. .... ....... ... ... ..... ... .... .... .......... .... .. .. 4.17 4.11 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ......... ... ...... ........... ....... ........ .... ....... .. .... .......... 4.17 CAPITULO 5.- EXCAVACION Y EMPUJE. EL BULLDOZER 5.1 TRACTORES, MODELOS Y CAMPO DE APLICACION ........ ..... ............................... .... 5.1 5.1.1 EN CUANTO AL TIPO DE TERRENO .... ..... .... .. .............. ...... .. .... .. ...... ......... .. . 5.2 5.1.2 COMO ELEMENTO DE TIRO O DE EMPUJE ............. ...................................... 5.2 5.1.3 RESPECTO AL EQUIPO DE TRABAJO ........ .... ................ ......... ......... ............. 5.2 5.2 EQUIPOS DE TRABAJO ........................................................................................ 5.3 2 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( l l l u u
- 8. 5.2.1 HOJA DE EMPUJE .......................... ........................... ................................ 5.3 5.2.2 ESCARIFICADOR (RIPPER) .... .............................. .. .......... ........... ... ........... 5.6 5.3 CICLO DE TRABAJO COMO EMPUJADOR .. .. ... .... .. .. ..... .. ... ..... .. .. .. ... .. .. .. ... ... .... .. .... 5.8 5.4 CAPACIDAD DE LA HOJA DE EMPUJE .. ... .... ........... ... .. .......... .. .. ............................ 5.8 5.5 DISTANCIAS DE EXCAVACION Y DE EMPUJE.. ... .............. ................. .. ............... ... .. 5.11 5.6 PRODUCCION DEL BULLDOZER ... .. ... .. .. .. ... .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. ... ..... .. ... ...... ... .... ... . 5.13 5.6.1 MEDIANTE GRAFICAS DE PRODUCCIONES MAXIMAS TEORICAS .. ... .. .... ... .. .. 5.13 5.6.2 MEDIANTE LA DURACION DEL CICLO Y SU PRODUCCION .. .. .. .. .. ... . .. .. .. ... ... . 5.16 5.7 TECNICAS DE EXCAVACION Y EMPUJE .................................................................. 5.16 5.8 ESCARIFICABILIDAD DE UN TERRENO .. .. .. ... .. .... .... ......... .. ... .. .... ..... .... ... ... .. .. ..... .. 5.19 5.9 DESGARRAMIENTO ECONOMICO ....................................................................... 5.21 5.10 PRODUCCION DE ESCARIFICACION .................................................................... 5.24 5.11 TRABAJO COMBINADO DE ESCARIFICACION Y EMPUJE ....................................... 5.25 5.12 UTILIZACION EN COMPARACION CON LA EXCAVADORA HIDRAULICA ... .... ........... 5.26 5.13 UTILIZACION EN COMPARACION CON LA MOTONIVELADORA ...... .... .. .. .. .. .. .. ... ... ... 5.27 5.14 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS .. .. ... .. ..... .. .. .. ..... ..... .. ........ .... ... ....... ..... ... .. .. ... .. . 5.27 APENDICE 5.1 TECNICAS DE ESCARIFICACION .......................................................... 5.31 APENDICE 5.2 TRAFICABILIDAD ...... .. ... ... .. ..... ... ... .. .. ... ..... ..... ..... .. ... .. ...... ..... .. .... ...... 5.33 CAPITULO 6.- EQUIPOS DE EXCAVACION Y CARGA. PALA CARGADORA 6.1 OBJETO Y DEFINICION ........................................................................................ 6.1 6.2 CARGADORAS DE RUEDAS ......... ...... ........... .... .. ................... ........... .. ................. 6.1 6.3 CARGADORAS DE CADENAS ............................................................................... 6.2 6.4 ESCARIFICADOR DE LAS CARGADORAS DE CADENAS ............................................ 6.3 6.5 PARAMETROS CARACTERISTICOS GEOMETRICOS ........ ....................................... 6.4 6.5.1 ALTURA DE DESCARGA ......... ......... ... .. ............... ....................... ............... . 6.4 6.5.2 ALCANCE ........ ....... ... ............ ........... ........ ...... .... .... ... .... ....... .. ........... ... .... 6.4 6.6 PARAMETROS CARACTERISTICOS DINAMICOS ................. .... .. ................. ... ........ 6.5 6.6.1 CARGA DE VUELCO .. .. ... ..... .. .. ...... ..... .. ....... .. ....... .. ..... ... .. .... .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. . 6.5 6.6.2 CARGA MAXIMA OPERACIONAL .. .. ... ... ... ... ... .. .. .. .. .. ... .. .. ..... .. ... .. .. .... .. .. ... ... 6.5 6.6.3 CAPACIDAD DE ELEVACION DEL SISTEMA HIDRAULICO ............. .. .... ... ....... 6.5 6.6.4 FUERZA DE ARRANQUE ...... ..... ..................... ............... ............. ................. 6.6 6.7 CICLO DE TRABAJO ..... ........... ... ........ ..... .. .. ... ... ..... .... ............ .. .. ..... ..... ........ ... .. . 6.8 6.8 FORMA DE CARGA .... ..... .... .................. .. .... ... ... .... ...... ....... .... ........ .. ... ................ 6.9 6,9 PRODUCCION ....... .............. .......... ........ ............. .. .................. .......... .... ............. 6.10 6.10 CAMPO DE APLICACIONES .. ... .. .. .. ... ....... .. .. .. .. .... ...... .. ... ..... .. .. ..... ... .. .. ... .... .. ... .. .. . 6.14 6.10.1 CARGADORAS DE RUEDAS .. ... .. ..... .... .... ... .. .... .. ... .... .. .. .. .. .. .. .. .. ..... ... ..... ... .. 6.14 3
- 9. ( ( ( ( ( 6.10.2 CARGADORAS DE CADENAS ......... .................... .. ...... ........... ...... .......... ..... 6.15 ( 6.10.3 COMPARACION DE CARGADORAS ....................... ....................... .............. . 6.15 ( 6.11 COMPARACION ENTRE CARGA CON CARGADORA Y EXCAVADORA HIDRAULICA ... . 6.17 ( 6.12 UTILIZACION DE LA CARGADORA EN ARRANQUE .................................... .. ......... . 6.18 ( 6.13 RETROCARGADORAS ........... .. ................................................... ....................... . 6.18 ( 6.14 MINICARGADORAS ................................................. .......................................... . 6.20 { 6.15 CARGADORAS DE TUNEL DE BAJO PERFIL TIPO L.H.D. ....... ....................... .... ...... . 6.21 ( 6.16 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ...... .......... ................ ........ .......... .. ......... .. ..... .. .. 6.22 C.P. 6.1 UTILIZACION DE LA CARGADORA DE CADENAS CON ESCARIFICADOR EN ( ( ARRANQUE .... .. ...... ................... ..... ....... .......... ................. .... ... ............ . 6.22 ' C.P. 6.2 CORTE TIPICO DE UN VACIADO EN MADRID Y EXCAVACION CON ( CARGADORA ..................... ........ ....... ........ ................. ..................... .... .. 6.23 ( C.P. 6.3 DATOS PRACTICOS DE PRODUCCION EN OBRA ... ... .............................. .. 6.24 ( C.P. 6.4 COMPARACION ENTRE RETRO Y CARGADORA EN EXCAVACION ....... ... ... . ( 6.24 APENDICE 6.1 INDICADOR DE PESAJE DINAMICO EN CARGADORAS.............................. 6.25 APENDICE 6.2 LA ELECTRONICA EN LAS CARGADORAS ...... ... ............ ......... .... ............ . 6.26 .CAPITULO 7.- EQUIPOS DE CARGAY ACARREO. MOTOTRAILLAS 7.1 OBJETO ... ....... .... .... .. ........ ... ...... ... ................ ... ........ ..... .............. ....... ............ .. . 7.1 ( 7.2 TIPOS DE TRAILLAS .................. ....................... ...... ..... ..... ... ................. .......... .. .. 7.1 7.3 PARTES ESTRUCTURALES ............................... ........ ..... .................. ........ ... ........ .. 7.2 7.3.1 ELEMENTO TRACTOR Y TRANSMISIONES ....................... .. .... ................... .. 7.2 7.3.2 CAJA 7.3 7.3.3 SUSPENSION ............... ... .... ..... ..... ... ... ....... ... ..... ... .. ............. .. ........ .......... . 7.4 7.4 CICLO DE TRABAJO DE LAS TRAILLAS ...... .................. ................ .... ........ ........... .. 7.4 7.4.1 CARGA ................... .... ... ......................................................................... . 7.5 7.4.2 ACARREO ........ ... ................ .................. ...................... .......................... ... 7.6 7.4.3 DESCARGA ..... ........ ................. ... ........ ................... ...... ..... ............ .......... . 7.6 7.5 METODOS DE EXCAVACION .. ............................... ..... .. .... .............. ... ............. ..... 7.7 7.6 FORMACION DE TALUDES Y ZANJAS .............................. .................................... . 7.7 7.7 TECNICAS DE EMPUJE DEL TRACTOR EMPUJADOR .... ......................... .............. .. 7.8 7.8 CICLO DE TRABAJO DEL EMPUJADOR ..... ..... .. .... ....... ....... .................... ....... .... .... 7.9 7.9 MOTOTRAILLA CON ELEVADOR DE PALETAS ......... .. ................. .. ... ....... ......... .. .. . 7.10 7.9.1 CARGA ................... ............ .................. ...... .......... .................. ...... .......... . 7.11 7.9.2 DESCARGA 7.12 7.10 MOTOTRAILLAS DE DOS MOTORES (EMPUJE-ARRASTRE) ....................... ...... ..... .. 7.13 7.11 UTILIZACION Y COMPARACION DE MODELOS DE MOTOTRAILLAS ....................... . 7.14 7.12 PRODUCCION 7.17 4
- 10. 7.13 ESTUDIO DEL CICLO DE TRABAJO DE UNA MOTOTRAILLA CONVENCIONAL CON TRACTOR EMPUJADOR Y NUMERO OPTIMO DE MOTOTRAILLAS..................... 7.18 7.14 CURVA DE INCREMENTO DE CARGA ...... ........... ............................. ............... ... .... 7.19 7.15 APLICACIONES 7.16 VENTAJAS 7.20 7.20 7.17 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS .... ................... .... ..... ........ .......... ...................... 7.22 APENDICE 7.1 TRAFICABILIDAD .......... ... ............. ................................... ...... ....... ...... 7.35 APENDICE 7.2 SOLUCION ANALITICO-GRAFICA DEL COSTE MINIMO.............................. 7.36 CAPITULO 8.- EQUIPOS DE EXCAVACION EN POSICION FIJA. EXCAVADORAS IDDRAULICAS 81 OBJETO Y DEFINICION ....................................................................................... 8.1 8.2 TIPOS ... .... ... ... .... .... ...... ... ..... .. ....... ..... .......... ............ ...... ... ..... ....... ....... ... ... ....... 8.1 8.3 EQUIPO DE TRABAJO ..... ... .. .. ........... ............ ......... ..... ....... .... ...... .... .. ..... .... ....... 8.4 8.3.1 EQUIPO DE EMPUJE FRONTAL. .. .. ............ .. .......... .......... .... ............ ..... ....... . 8.6 8.3.2 EQUIPO RETRO ........................................................................................ 8.6 8.3.3 EQUIPO DE BRAZO TELESCOPICO ...... ....................................................... 8.6 8.3.4 EQUIPO BIVALVA ........... .... ...... .............. ........... ........... ........ .. .. ...... ... ...... 8.7 8.3.5 EQUIPO DE MANDIBULAS HIDRAULICAS .................................................... 8.8 8.3.6 OTROS EQUIPOS ...................................................................................... 8.9 8.4 MARTILLOS ROMPEDORES HIDRAULICOS (M.R.H.) .............................................. 8.9 8.5 CAPACIDADES DEL CAZO ........................ ............................................................ 8.12 8.6 FUERZA DE EXCAVACION ...... ..... .. ....... ..... ..... ............. .. ... .............. .. ....... ....... ..... 8.12 8.7 FUERZA DE EXCAVACION Y PESO DE LA EXCAVADORA ......................................... 8.15 8.8 METODOS DE EXCAVACION Y CARGA ................................................................. 8.15 8.9 CICLOS DE TRABAJO .................................... ..................................................... 8.18 8.10 PRODUCCION ............................ ....................................................................... 8.19 8.10.1 FACTORES .............. .... ....... ...... ... ............................. .. ... .. ......................... 8.19 8.10.2 PRODUCCION HORARIA ..... .. ....... .... .... .. .......... ............ ...................... ....... 8.21 8.10.3 INFLUENCIA DE LOS DESPLAZAMIENTOS ........ ........... ............................... 8.23 8.11 SISTEMA HIDRAULICO Y LA ELECRONICA ............................................................. 8.25 8.12 MINIEXCAVADORAS ...... ... ... ......... ........................ ...... ........... ...... ..... ... ... ... .. ...... 8.27 8.13 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ..................... ..... .... ........ ................................. 8.29 APENDICE 8.1 NUEVA GENERACION DE M.R.H. ............................................................ 8.34 APENDICE 8.2 PLUMA DE DOS PIEZAS. VENTAJAS E INCONVENIENTES .......................... 8.35 APENDICE 8.3 VARIABLES DE COMPARACION DE EXCAVADORAS. RANGO DE MODELOS 8.36 APENDICE 8.4 EXCAVACION DE TUNELES. MAQUINARIA .............................................. 8.38 APENDICE 8.5 EJEMPLO DE EXCAVACION DE UN DESMONTE ....................................... 8.41 5
- 11. CAPITULO 9.- EXCAVADORAS DE CABLES 9.1 TIPOS ... ........... ... .... ..... .. ..... .. .. ........ ..... ....... ........................................... ........... . 9.2 TIPOS MOVILES ..... .. .. ... .. ... ........ ......... .... ........................... ..... .......................... . 9.3 DRAGALINA ...... ...... ..... .. ...... .. ..... .. ... .... ... ... ... ......... ........ .......... ... ..... ........ .. ... ... . 9.1 9.1 9.3 9.3.1 EQUIPO DE TRABAJO ........ ..... ... ........ ... ....... .. ... ....... ........................... . ... 9.4 9.3.2 CICLO DE TRABAJO .............. ............... .......... ........... ... ... ... .... ... ... .... ... ... .. 9.5 9.3.3 UTILIZACION .................... .............. ..... ......... .... ... .... .. .... ... ... .... .. .............. 9.7 9.3.4 PRODUCCION .. ..... ...... ......................... .. .. ............ .. .. ....... .................. ... .... 9.8 9.4 CUCHARA BIVALVA ...... .... ......... ...... ........... .... .. ... .. ......... ... ...................... ........... 9.9 9.5 GRUA ........................................................................................................ ........ 9.10 9.6 EXCAVADORAS ESTACIONARIAS (SCRAPERS) ..... ... ................... ... ....... ...... ........... . 9.11 9.7 SCRAPER DE ARRASTRE MONOCABLE ..... ..... ........ ......... .......... ...... ...................... 9.11 9.7.1 PARTES ESTRUCTURALES ..................... ........... .. ...... ... ..... ... .... .................. 9.11 9.7.2 EQUIPO DE TRABAJO .. .. ... .. ... ..... ........ .... .. .... .. ........... ....... .... ..... .... ... .... .... 9.11 9.7.3 CICLO DE TRABAJO .. ...... .. ........ .. ..... .. ... ....... ... .... ........ ... ... ... ... ... ..... ... .. .. ... 9.13 9.7.4 FORMA DE TRABAJO .. .. .... ......... ........................ ........... ..... ............ .... ....... 9.13 9.7.5 PRODUCCION ............................. .......... ...... .. ...... .. ............. .. ...... ......... ... .. 9.14 9.8 SCRAPER DE TRANSPORTE AEREO ... ........ ... .. ...... .... ... .. ..... .... .... .. ........ ..... ....... .. .. . 9.15 9.8.1 PARTES ESTRUCTURALES ...... .. .... .. ... ...... ...................... ............................ 9.16 9.8.2 EQUIPO DE TRABAJO .. .......... ... ............................. ........... .... .... .. .. .... ... .. .. . 9.16 9.8.3 FORMA DE TRABAJO ............. .... .... .. ... .... .. ..... .. .. ..... .... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. ... 9.17 9.9 CASO PRACTICO DE DRAGALINAS ....... ... .. .... ...... .. ..... .. .. .... .. ..... ..... .. ..... ..... ...... .. ... 9.18 CAPITULO 10.- ZANJAS. EQUIPOS DE EXCAVACION DE CARGA CONTINUA. ZANJADORAS. ENTIBACION DE ZANJAS 10.1 ZANJADORAS. OBJETO ....................................................................................... 10.1 10.2 PROBLEMÁTICA DE LAS ZANJAS EN RELACIÓN CON LA MAQUINARIA Y PROCESO CONSTRUCTIVO ............................................................................... 10.2 10.3 TIPOS DE ZANJADORAS .. ............. .... ... .... ... ........ .... .......... ....... ......... ...... ..... ...... .. 10.4 10.4 ZANJADORAS DE BRAZO INCLINABLE ............ ........................ .............................. 10.5 10.5 CORTADORAS DE DISCO CON PICAS ........ ...................... .. ....................... ........ .... 10.6 10.6 ZANJADORAS DE RUEDA ............................. ...... .. ...................... ... ... .................... 10.7 10.7 COMPARACIÓN ENTRE ZANJADORAS Y RETRO .. .. ..... ...... ...... ...... ...... .... ..... .. ..... .... 10.8 10.8 ENTIBACIÓN DE ZANJAS EN TIERRA .............................................. ...................... 10.9 10.9 PROCESO MECANIZADO DE ENTIBACIONES ........... .. .... ........... ... .. ............ ... ... ....... 10.10 10.9.1 TERRENOS ESTABLES ............................................................................... 10.10 10.9.2 TERRENOS INESTABLES .......... .... .. ..... ... .............. .... ........... .... .... ......... .... .. 10.10 10.9.3 ANCHO DE BLINDAJES ...... .... ...... ... .. ......... ..... .. ... .... .... .......... ................... 10.11 6 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 12. 10.10 SISTEMA DE BLINDAJES POR PANELES .. .................................. ............... ..... .... .... 10.12 10.11 SISTEMA DE PANELES CONTABLESTACAS LIGERAS ................... ..... ...................... . 10.12 10.12 COMPACTACION DE ZANJAS .. ...... .. ... .. ... .. ... .... .. .. ... .. .. .... .. .. .. .... ......... .. ..... .. ........ 10.14 10.13 COLOCACION DE TUBERIAS Y CONDUCCIONES SIN ZANJAS ..... .... ... .. ...... .. ..... ..... 10.15 10.13.1 PERFORACION DIRIGIDA DESDE SUPERFICIE ... .. .. .. .. .. .... ... .... .. .. ... .. ... ... .. .. 10.15 10.13.2 PERFORACION MEDIANTE HELICE CONTINUA DESDE FOSO ................... ... 10.17 10.13.3 PERFORACION CON MARTILLO DE FONDO (TOPO) ........... .. ........... ......... .. 10.17 10.13.4 MICROTUNELADORA .. .. .. ... .. .... ... ..... .. .. .... ..... ... .............. ...... .......... .. ....... 10.18 10.14 CASOS PRÁCTICOS .... ... .......... ............. ....... ... .... ..... ....... .... ....... ....... ... ..... ........ .. 10.15 CAPITULO 11.- ACARREO. CAMIONES Y DUMPERES 11.1 MEDIOS DE ACARREO .. .. ... .................... .. .. ...... ..... ..... ............. .. ... ...................... .. 11.1 11.2 CAMIONES BASCULANTES ...................... ................... ...................................... .... 11.1 11.3 SEMIREMOLQUES BASCULANTES ........................................................................ 11.2 11.4 CAMIONES DUMPER ............................... ... ... ....... ....... .................... .... .. ..... .... .... .. 11.3 11.5 DUMPERES EXTRAVIALES .. ..... ..... .... ... ........ .. .. ... ........................ ..................... .. .. 11.4 11.5.1 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES ...................................................... 11.4 11.5.2 DUMPERES ARTICULADOS. COMPARACION CON RIGIDOS ... ...... ... ..... ..... .. .. 11.7 11.5.3 RAZONES DE UTILIZACION .. .. .. .. ... ... ... .. .. .. .. ..... ... ......... ..... .. .... ......... .. .. .. ... . 11.9 11.5.4 CRITERIOS DE SELECCION DE DUMPER O CAMION ..................................... 11.9 11.6 CICLO DE TRABAJO DE LA UNIDAD DE ACARREO .. ............... .. ..... ........ ...... .. .. .. .... . 11.9 11.6.1 TIEMPOS FIJOS ... ..... ... .... ................. ... ..... .. .. ................ ..... .. .... ................. 11.10 11.6.2 TIEMPO VARIABLE ... .... ....... .. ....... ... ..... ....................... .... ......... .. ........... . 11.11 11.7 RELACION ENTRE EQUIPOS DE ACARREO Y CARGA ................ .................. ......... ... 11.12 11.8 PRODUCCION DE LA UNIDAD DE ACARREO .... ...... .............................. .................. 11.14 11.9 FACTOR DE ACOPLAMIENTO, MF ... ....... .. ...... ..... .. ......................... ............. .... ....... 11.14 11.10 CALCULO DEL Nº DE VEHICULOS NECESARIOS .............. .. ...... ...... .... ..... ... ....... ..... . 11.15 11.11 PISTAS DE OBRA Y SU MANTENIMIENTO ................ ............ ... .... .. .. ... ... .. .. ....... .. ... 11.16 11.12 MOTOVOLQUETES DE OBRA ........................ ......... .. .... ............ ...... .. .. ........ ........ .. 11.17 11.13 COMPARACION ENTRE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE ACARREO ..... ........... .... ... .... 11.18 11.14 TRANSPORTE DE MAQUINAS PESADAS ... .............. ................ ............ ..... .............. 11.19 11.15 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ........................... ............................................. 11.20 APENDICE 11.1 TRAFICABILIDAD DE LAS PISTAS .... ... .. .... .. .. .. ...... ... ... .. .. .. .. .. ........ .. .... . 11.22 CAPITULO 12.- NIVELACION. LA MOTONIVELADORA 12.1 FUNCIONES YAPLICACIONES .................... .... .... .. .. ..... .. .. .. .. .. .... ..... ... .. ......... ... ... .. 12.1 12.2 PARTES ESTRUCTURALES ....... ........ ....... ........ ..... .............. .. ... ... ........... ...... .......... 12.2 12.3 MOTOR Y TRANSMISIONES .................................................................................. 12.4 7
- 13. ( ( ( (' ( 12.4 BASTIDOR.MAQUINAS ARTICULADAS ....... .......... .. ............... .................. ........ .. ... . 12.4 ( 12.5 RUEDAS TRASERAS ...... .. ... ... ............ .... ....... .... .... ... .. .............. ... ... .. ................... .. 12.5 ( 12.6 RUEDAS DELANTERAS .................... ... .............. ............ ........ .... .... ... ................. .. 12.5 ( 12.7 EQUIPO DE TRABAJO ...... ................................ ....... ... .. .. .... ...... .. ...... .. ............. .... . 12.7 ( ( 12.7.1 BARRA DE TIRO ....... ...................... ..... .............. ......... ... .. ........ ..... .. ... ....... . 12.7 12.7.2 CIRCULO DE CORONA .................... .. ... ...... ............ .. .. ...... ....... ................. .. 12.7 ( 12.7.3 HOJA VERTEDERA Y MOVIMIENTOS ............ .. .... .. ........ .. ...... .. .. ... ........ ........ 12.8 ( 12.7.4 CONTROL DE MOVIMIENTOS DE LA HOJA ................................................ .. 12.10 12.7.5 OPCIONALES ............................ .. .......... ... ......... ...... .. ..... .... .. ....... .. .... .. ..... . 12.11 12.8 SISTEMA DE TRABAJO .. .. ...... ..... .. .... ...... .... .... .... ...... .. .. ........ ... ..... .. ........ ......... ... . 12.12 12.9 PRODUCCION .............. ... ............. .... ...... .......... .. ............ ..... .. .... ... .. .... ............. .. .. 12.13 CAPITULO 13.- EXTENDIDO Y COMPACTACION ( 13.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACION .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .... ... .. .. .. .. .. .... ... ... 13.1 13.2 DENSIDADES. .................................................................................................. 13.3 13.3 ENERGIA DE COMPACTACION .... ...... ...... ... ... ... .... ............ .. ... ....... ....... ........ .. ...... 13.6 13.4 LA COMPACTACION SEGUN LA ESTRUCTURA FISICA Y PARAMETROS DE LOS SUELOS 13.9 13.4.1 SUELOS PERMEABLES ....... ..... ... .... .... .... ... ........ .... ... ... .... .. ....... ........ ........ 13.11 13.4.2 SUELOS IMPERMEABLES ...... ... ....... .................. ............. .... ... .. .... ... ........ .. . 13.11 13.5 TERRAPLENES 13.12 13.6 FINOS ........... ............. ...... ........... .... .... ... ..... ..... .... ......... .. .. ..... ................. ........ 13.13 13.6.1 IDENTIFICACION DE FINOS ..................................................................... 13.14 13.6.2 ANALISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL ................................ ......... 13.15 13.6.3 SUELOS PLASTICOS .. ....................... .................................... ..... ........ ... .. .. 13.16 13.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS................................... 13.17 13.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLASTICOS .......................................................... 13.18 13.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA .. .. .. .. ... .. ... ... .. .. .. 13.18 l 13.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA .. ... ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. 13.19 13.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. .. .. .... .... .. ... .. .. .. . 13.20 13.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES .. .. .. .. ... .. .. .. ... ... .. .. ... ... ... .. .. .. .. .. ... .. .. 13.23 l 13.9 PEDRAPLENES ....... .... ... .... ..... .... .... ... .. .... ..... .. ... ....... ........ ........ .. .... .. ..... ............ 13.23 13.10 MATERIAL TODO UNO .. ... ... ... .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .... ... .... .. .. .. .. . 13.24 13.11 PAQUETE DEL FIRME ..... ... ... .. .. ... ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... ... .. .. ..... ... .. ... .. .. .. .. ... .. .. ... .. .. ... . 13.25 13.11.1 EXPLANADA ............ ........... ..... ... .. .. ... .. .... ... .... .. ...... ... .. ... ..... ... .. .. .. ... .... ... 13.25 13.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES .. .. .. .. .. .... .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... ... .. .. .. .... .. .. .. .. .. .... .. .. 13.26 13.12 UTILIZACION DEL COMPACTADOR DE NEUMATICOS Y EL DE TAMBORES VIBRATORIOS ............................. ....... .. ... .. .... ... ............. .... .. ......... ............. ....... 13.27 8
- 14. 13.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS ............... ..... .................... .. ..... ..... ....... ... ..... 13.28 13.13.1 TIERRAS .... ... ..... .... ........... ........ .... ... ... ................ ...... .. ... ... .... ......... .. ..... 13.28 13.13.2 ESCOLLERA ... ... .. ..... ....... ... ......... ...... ... .... .. ..... ... .. .... .......... ....... ..... ....... 13.28 13.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES ... .. ... ... .. .. ... 13.29 13.15 RANGO DE ESPESORES Y METODO DE COMPACTACION EN MOV. DE TIERRAS .... .. 13.29 13.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACION DE LA PRODUCCION .............. ....... .. ... .... 13.30 13.17 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS .... ... ............. ...... .. ... ..... .. .... .. .... ........ .... ... ....... .. 13.33 C.P. 13.1 RENDIMIENTOS DE OBRAS ....... .... ..... ..... .......... .. ....... .. ........ ... ........ .... 13.33 APENDICE 13.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACION (METODO FRANCES) .. .. ...... 13.36 APENDICE 13.2 NORMAS Y EQUIVALENCIA DE UNIDADES ......... ... .. ......... .... .... .. .... ...... 13.38 CAPITULO 14.- ANEXO l. INTRODUCCION A LA COMPACTACION VIBRATORIA 14.1 METODOS DE COMPACTACION .... .. .. .... .. .. ... ... .. .. .. .... .. .. .. ... ... .. .. ... .... .. .. .. .... ........ 14.1 14.2 SISTEMA DE VIBRACION DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS ... ...... .. . 14.2 14.3 PARAMETROS DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS ... .............. .......... 14.2 14.4 FRECUENCIA DE VIBRACION.. .......... ... ....... ............ .. ... ....... ... ... ..... ........ ... ... ....... . 14..3 14.5 FRECUENCIA DE RESONANCIA ... .. ... ......................... .............. ............ ................ 14..4 14.6 AMPLITUD DEL MOVIMIENTO VIBRATORIO ...... .... ..... .. .. .. .. ... ................ ... ..... .... 14..4 13.4.1 SUELOS PERMEABLES .............................................................................. 14.11 13.4.2 SUELOS IMPERMEABLES ........................................... ........ ............... ....... 14.11 14.7 FUERZA CENTRIFUGA Y FUERZA APLICADA ........................... ............ ................ 14..4 14.8 IMPACTO Y ONDAS DE PRESION .... ........ .... ... .. .......... .... ..... .. .. .. ........ ........ .. .... .. .. 14..4 14.9 ESPACIAMIENTO ............. .. .......... ... ............... .. .. .... ............... .... .. .. .............. ...... 14..4 14.10 EFECTOS PRINCIPALES QUE PRODUCE LA VIBRACION EN EL SUELO ................... 14.8 14.11 SISTEMAS VIBRATORIOS .............. ...... ....... ........ ... .......................... ................ .. 14.9 14.11.1 VIBRACION CIRCULAR .. .... .. .. ...... .... ........ ...... .... ............ .......... .... ....... ..... 14.9 14.11.2 DOBLE VIBRACION CIRCULAR .................. ....... ............................ .... ........ 14.10 APENDICE 14.1 COMPACTADORES DE ALTO IMPACTO .. .. .. .. ......................... .... ... .. ... ... 14.10 APENDICE 14.2 MEDIDOR CONTINUO DE COMPACTACION ...................... ........ ........ .. .. . 14.12 BIBLIOGRAFIA DE EXTENDIDO Y COMPACTACION .. .. ............ .. .... .. .... ... .... ..... ... ...... ..... 14.12 ANEXO 2. PROCEDIMIENTOS DE MEJORADEL TERRENO POR VIBROFLOTACION Y VIBROSUSTITUCION 14.12 APLICACIONES ..... .. ....... ... .. .. ............ ......... ... .. ... .. .. .. .... .. ..... ............................. 14.13 14.13 VIBROFLOTACION .. ... .......... .. .... ... ...... .. .. ........ .. ...... .. ... .. .. ..... ... ... ... ................... 14.13 14.14 VIBROSUSTITUCION .... ...... ..... ......... ... .... ... ............ ............. ..... .. ............... ....... . 14.17 9
- 15. CAPITULO 15.- DIAGRAMA DE MASAS ............... ..... ............... ......... ........ .. CAPITULO 16.- LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 16.1 PREVENCION ....... .......................... ...... .. ... ... .... ... .... ...... .... .... ...... ... ......... ...... ... 15.1 16.1 16.2 OBRAS DE TUNEL .............. .. .......... ... ... ..... ..... .................. .......... ....... ........... .. .. .. 16.1 16.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES ... ............. ... ......... .. .... .... ........... ........ .......... .... .. 16.2 16.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD ....................... 16.3 16.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO .................................................................... 16.5 16.5.1 LINEAS ELECTRICAS ........ ............. ....... ...... ... ....................... .. ...... ... ...... .... 16.5 16.5.2 SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS ......... ............... .. .. .. .... .... .. ............... ......... 16.6 CAPITULO 17.- EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS 17.1 PROTECCION DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLOGICAS 17.1 17.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRAS ... ......................... ... 17.2 10 r ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( l
- 16. 1.1 CAPITULO 1 CAMBIOS DE VOLUMEN EN MOVIMIENTOS DE TIERRAS. 1.1 EL MOVIMIENTO 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: - Excavación o arranquc. - Carga. - Acarreo. - Descarga. - Extendido. - Humectación o desecación. - Compactación. - Servicios auxiliares (refinos, sancos, etc.). 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 excavabilidad 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.
- 17. 1.2 1.2 OBJETO DEL CAPITULO. El estudio de los cambios de volumen tiene interés porque en el proyecto de ejecución de una obra de movinúento 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 de un estado natural en banco o yacimiento a un perfil, mediante las operaciones citadas anteriormente. En la 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. 1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN. Los terrt:nos, 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: d = a d1 = densidad aparente. v. = volumen aparente. M = masa de las partículas + masa de agua. El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalemnte mediante acciones mecánicas ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 18. 1.3 sobre los terrenos. Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumenlo del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico (disminución mediante apisonado). La figura 1.1 presenta esquematicamente la operación de cambio de volumen. Material en banco Material suelto Material compactado Fig.1.1 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 1.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras. 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, cte.), por lo que la ecuación anterior no es de aplicación general.
- 19. 1.4 VOLUMENES APARENTES EXCAVACION CARGA TRANSPORTE VOLUMEN EN BANÓJ l 'o ~.ffiin VOLADA 2,0 CARGADA 1 1,25 a _l,50 Fig. 1.2 COMPACTACION PISADA COMPACTADA MACHAQUEO PRIMARIO ~ TRITURl,CION ~ 1,30 :··l,40~ ::~~~·'.:f~~}f:-li. 1 ,.20 a l, 30 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. La Figura .1.3 indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones movimiento de tierras comentados en el apartado 1.1. 0-1 Volumen en banco 1-2 Excavación o voladura 2-3 Carga 3-5 Acarreo 5-6 Descarga-extendido 6-7 Compactación Peso 6 Fig. 1.3 Volúmenes y densidades en el movimiento de tierras. 1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO. del Al excavar el material en banco, éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen. Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios. ( ( (' ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 20. 1.5 En todo momento se debe saber si los volúmenes de material que se manejan corresponden al material en banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose, S). Se denomina factor de esponjamiento (Swell factor) a la relación de volúmenes antes y después de la excavación. F = w Fw = factor de esponjamiento (sweel) V8 = volumen que ocupa el material en banco Vs = volumen que ocupa el material suelto d8 = densidad en banco d5 = densidad del material suelto. Se tiene que, El factor de esponjamiento es <1 . Sin embargo si en otro texto figura otra tabla con factores >1, quiere decir que están tomando la inversa, o sea p'= V5/ V8 y si se desean empicar las fórmulas expuestas aquí, deben invertirse. Otra relación interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento. Se denomina así al incremento de volumen que experimenta el material respecto al que tenía en el banco, o sea: Sw % de esponjamiento s = w V - V S B X 100 VB O en función de las densidades: Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco y en material suelto. Para volúmenes se tiene: dB = ( Sw + 1) x d 100 8
- 21. 1.6 Para densidades resulta: s dB = (-W- + 1) X d 100 s El % de esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados: 1 s ( 10~ + 1) X ds + 1 y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de esponjanúento, y viceversa, sin más que operar en la expresión anterior. EJ1 la tabla 1.1 aparecen los valores de Fw y Sw característicos de distintos materiales frecuentes en movimiento de tierras. 1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION. Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enérgicamente para conseguir un comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas. Este proceso se conoce genéricamente como compactación y consolidación del material (Shrinkage). La compactación ocasiona un11 disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la cantidad de material necesaria para costruir una obra de tierras de volumen conocido. Se denomina factor de consolidación a la relación entre el volumen del material en banco y el volumen que ocupa una vez compactado. Fh = factor de consolidación (shrinkage) Ve = volumen de material compactado. Si en el proceso de compactación y consolidación no ha habido pérdida ni adición de agua (lo que es poco frecuente), el factor de consolidación puede expresarse según Ya x dª = M de la forma: Fh = factor de consolidación. d8 = densidad del material en banco. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 22. 1.7 Otra relación interesante es la que llamaremos % de consolidación. Expresa el % que representa la variación de volumen del material en banco al material compactado, respecto al volumen del material en banco, multiplicada por 100: Con ello la relación entre volumen en banco y volumen del material compactado queda: V = B 1 - 1 Sb % de consolidación. Si en el proceso de compactación y consolidación no hay pérdida ni adición dv agua (lo que no es frecuente) es de aplicación la expresión Va x da = M y el % de consolidación puede expresarse como: de - dB Sh = - -- X 100 de Sh = % de consolidación En este caso la relación entre densidades es: En cualquier caso, de las expresiones del factor de consolidación y el % de consolidación se deduce que estos están relacionados por la expresión: 1 1 - 1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR. En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw, Sw, para poder calcular con exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el material en las distintas operaciones. A falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen en la labia 1.1.
- 23. 1.8 MATERIAL d1 (t/m3) d¡¡ (t/m3) Sw (%) Fw CALIZA 1,54 2,61 70 0,59 ARCILLA: Estado natural 1,66 2,02 22 0,83 Seca 1,48 1,84 25 0,81 Húmeda 1,66 2,08 25 0,80 ARCILLA YGRAVA: Seca 1,42 1,66 17 0,86 Húmeda 1,54 1,84 20 0,84 ROCA ALTERADA: 75% Roca - 25% Tierra 1,96 2,79 43 0,70 50% Roca - 50% Tierra 1,72 2,28 33 0,75 25% Roca - 75% Tierra 1,57 1,06 25 0,80 TIERRA: Seca 1,51 1,90 25 0,80 Húmeda 1,60 2,02 26 0,79 Barro 1,25 1,54 23 0,81 GRANITO FRAGMENTADO 1,66 2,73 64 0,61 GRAVA: Natural 1,93 2,17 13 0,89 Seca 1,51 1,69 13 0,89 Seca de 6 a 50 mm. 1,69 1,90 13 0,89 Mojada de 6 a 50 mm. 2,02 2,26 13 0,89 ARENA YARCILLA 1,60 2,02 26 0,79 YESO FRAGM~TAOO 1,81 3,17 75 0,57 ARENISCA 1,51 2,52 67 0,60 ARENA: Seca 1,42 1,60 13 0,89 Húmeda 1,69 1,90 13 0,89 Empapada 1,84 2,08 13 0,89 TIERRA YGRAVA: Seca 1,72 1,93 13 0,89 Húmeda 2,02 2,23 10 0,91 TIERRA VEGETAL 0,95 1,37 44 0,69 BASALTOS ODIABASAS FRAGMENTADAS 1,75 2,61 49 0,67 NIEVE: Seca 0,13 --- -- --- Húmeda 0,52 --- -- --- Tabla 1.1 Densidades y cambios de volumen. Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la capacidad l ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 24. 1.9 (m 3) que cada vehículo tiene, smo considerar su carga máxima. Para no sobrepasada es necesano conocer la densidad del material que se transporta. En la tabla J.1 se exponen las densidades del material en banco y suelto, para los casos más frecuentes del movimiento de tierras. Respecto al transporte, ba de considerarse la densidad del material suelto. 1.7 CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS. La compactación en obra se realiza sobre capas de material, previamente extendido, que se conocen con el nombre de tongadas. El efecto de la compactación sobre la tongada se refleja exclusivamente en la disminución de alttrra, puesto que sus dimensiones horizontales apenas vanan. En la figura 1.4 se observa como al compactar una tongada de material (capa rayada en el dibujo), su anchura "a" y su longitud "l" no varían, mientras que su espesor "hL" pasa a ser, por efecto de la compactación, "he"· Fig. 1.4 Por lo anterior queda claro que el cambio de volumen del material está fielmente reflejado en el cambio de altura de la tongada. Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en perfil, o sea después de la compactación he , conviene conocer la relación entre he y hL para extender las tongadas con el espesor hLadecuado.
- 25. 1.10 Se denomina disminución de espesor a la relación entre la diierencia de espesor producida por la compactación y el espesor inicial, multiplicada por 100: hL - he = - - - X 100 hL Se = % de disminución de espesor (en obra lo llaman impropiamente esponjamiento). h, = espesor inicial de tongada he = espesor de la tongada después de la compactación La disminución de espesor depende del tipo de material, métodos de compactación, etc. Sin embargo, en los materiales granulares (gravas, frecuentes en la compactación sensibilidad a la humedad, aproximadamente el 20 % En el caso general: debido a su excelente etc., se ha observado 100 - se = hL X 100 suelos-cemento, zahorras, etc.) muy comportamiento mecánico, su escasa que la disminución de espesor es Cuando se trata de terrenos granulares (Se "' 20, hay que comprobarlo en cada caso en la obra): O bien: Estas consideraciones hao de tenerse presentes en la operación de extendido con motoniveladoras o extendedoras, es decir, que la producción de una motoniveladora en extendido (material suelto) no coincide con la del compactador (material compactado). ( (' ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 26. 2.1 CAPITULO 2 ECUACION DEL MOVIMIENTO 2.1 OBJETO DEL CAPITULO. El objeto de este capítulo es la determinación de la velocidad de traslación a la que pueden funcionar las máquinas de movimiento de tierras durante su trabajo. Para dicho cálculo será necesario conocer las características de la máquina (peso, potencia) y las del terreno sobre el que se desplaza y su pendiente. En este capítulo se estudiarán los tipos de tracción de las máquinas y los tipos de resistencia al movimiento. 2.2 ESFUERZO TRACTOR. 2.2.l TRACCION DISPONIBLE. RUEDA MOTRJZ MOTOR TRACCION DISPONIBLE (T0 ) Tn = F = Poi / V Fig. 2.1 Una máquina dispondrá de una potencia para desplazarse producida por el motor (unidad motriz) y que se aplicará en las ruedas motrices mediante la transmisión. Al esfuerzo, producido por el motor y la transmisión, se denominará tracción disponible o esfuerzo de tracción a la rueda, siendo ésta el diámetro total del neumático, o en el caso de cadenas el diámetro de la rueda cabilla (rueda motriz). La definición de esta tracción es, por tanto, la fuerza que un molar puede transmitir al suelo. La tracción disponible se puede calcular de forma aproximada para cada velocidad de marcha mediante la expresión: 367 x Potencia (KW) x Rend. Transmisi ón Velocidad (km/h)
- 27. 2.2 El rendimiento de la transmisión, también llamado eficiencia mecánica, es la relación entre potencia que llega al eje motriz y potencia del motor. Los valores más comunes se encuentran entre el 70% y el 85%. 2.2.2 TRACCION UTILIZABLE. La máquina en función de su peso dispondrá de una fuerza determinada que se llama tracción utilizable. Esta tracción depende del porcentaje del peso que gravita sobre las ruedas motrices, que es él útil para empujar o tirar del vehículo, y de las superficies en contacto, especialmente área, textura y rugosidad, tanto de las ruedas motrices como del suelo. PESO (W 0 ) ,- --- -, l r - --/ ~ 1 MOTOR L----1_ ___ _ ~ c o s a TRACCION UTILIZABLE (Tu) Fig. 2.3 Fig. 2.2 En caso de pendiente sería su componente normal, W Cos a, Fig. 2.3. Para calcular la tracción utilizable se ha de multiplicar el peso total que gravita sobre las ruedas motrices por e1 factor de eficiencia a la tracción o coeficiente de tracción, cuyos valores más comunes se encuentran en la tabla 2.1. La tracción utilizable es independiente de la potencia del motor y se calcula mediante la expresión: Tu (Kg) ;:: Wn (Kg) x f r ( en %) siendo WO el peso que soportan las ruedas motrices y fT el coeficiente de tracción en % En el cálculo de la adherencia hay que tener en cuenta el número de ruedas motrices y la carga soportada por las mismas, que se denomina peso adherente. En los vehículos que llevan ruedas motrices y ruedas portantes se puede admitir en primera aproximación que las ruedas motrices soportan entre 1/2 y 2/3 de la carga total. ( ( ( r ( '( ( ( ( ( ( ( ( '( ( (
- 28. 2.3 FACTORES DE TRACCION FT TIPOS DE TERRENO Hormigón o asfalto Arcilla seca Arcilla húmeda Arcilla con huellas de rodada Arena seca Arena húmeda Canteras Camino de grava suelta Nieve compacta Hielo Tierra firme Tierra suelta Carbón apilado NEUMATICOS 0,90 0,55 0,45 0,40 0,20 0,40 0,65 0,36 0,20 0,12 0,55 0,45 0,45 Tabla 2.1 Factores de tracción. CADENAS 0,45 0,90 0,70 0,70 0,30 0,50 0,55 0,50 0,27 0,12 0,90 0,60 0,60 FUENTE CAT PH. En movimiento de tierras hay tendencia a elegir, siempre que sea posible, maquinaria de tracción total, es decir, tracción a todos los ejes; en el caso de camiones dúmpers y dúmpers articulados, que se verán en el capítulo correspondiente, la tracción puede estar aplicada al eje de dirección y a los posteriores. Hoy todas las cargadoras son de tracción total, es decir, a los dos ejes, y esto se simplifica con el sistema articulado, en donde la dirección se realiza actuando en la articulación con cilindros hidráulicos, en vez de poner los dispositivos con la complejidad mecánica que llevan los tractores agrícolas con tracción también al eje de dirección delantera, en los cuales no se puede obviar este problema al ser rígidos. En los tractores y cargadoras de cadenas todo su peso es tracción utilizable. 2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y TRACCION UTILIZABLE Una vez estudiados los tipos de tracción habrá que ver el movimiento del vehículo. Dicho movimiento se basa en la reacción de sus ruedas o cadenas sobre el terreno, al cual le transmite el esfuerzo TO que produce el par motor.
- 29. Si el esfuerzo de tracción TO es mayor que el esfuerzo máximo de reacción del terreno Tu se produce el deslizamiento, por lo que las ruedas patinan y la máquina avanza menos o puede llegar a detenerse. Por el contrario cuando Tu es mayor que TO hay adherencia entre ruedas y suelo y el vehículo avanz.a correctamente. De todo lo anterior se deduce que de 2.4 i / Í / ~ 7j, ADHERENCIA DESLIZAMIENTO fT = tg f Fig. 2.4 nada sirve que una máquina tenga un grupo propulsor muy potente (que desarrolla mucha tracción disponible), si no tiene el peso suficiente para conseguir un esfuerzo tractor (tracción utilizable). Por lo tanto, uno de los criterios de elección de una máquina de movimiento de tierras es el de elegir máquinas con un equilibrio entre el grupo motopropulsor y el peso de la misma. Se entiende por grupo motopropulsor el conjunto de motor y órganos de transmisión con sus reductoras. 2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION 2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA. Es la resistencia principal que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie plana. Se admite que es proporcional al peso total del vehículo, y se expresa por: RR (Kg) = fR (Kg/t) X w (t) siendo RR:Resistencia a la rodadura fR: factor de resistencia a la rodadura W: peso del vehículo. La resistencia a la rodadura depende del tipo de terreno y tipo de elementos motrices, neumáticos o cadenas. Los valores más frecuentemente utilizados se recogen en la Tabla 2.2. JliJA PENETRACION llAJA RESISTENCIA A LA RODADURA ALTA PENETRiCION ALTA RESISTENCIA A I.A RODADURA Fig. 2.5 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 30. 2.5 RUEDAS Alta Baja TERRENO presión"' presión Hormigón 1 i so ...................... . 17 Asfalto en buen estado .......... . Camino firme,superficie plana, ligera flexión bajo la carga (buenas condiciones) ........... . Camino blando de tierra(superfi- cie irregular con una penetración de neumáticos de 2 a 3 cm) ...... . Camino blando de tierra(superfi- cie irregular,con una penetración de neumáticos de 10 a 15 cm) .•... Arena o grava suelta ...•....•..•. Camino blando,fangoso,irregular o arenoso con más de 15 cm de penetración de los neumáticos ..•. 20-32 20-35 50-70 90-110 130-145 150-200 22 25-30 25-35 35-50 75-100 110-130 140-170 * Se puede considerar alta presión> 5 Kg/cm2, llevando ésta dumpers y traíllas. CADENAS 27 30-35 30-40 40-45 70-90 80-100 100-120 Tabla 2.2 Factores de resistencia a la rodadura fR (Kg/t). FUENTE A. DAY, En general cualquier vehículo de ruedas con neumáticos debe vencer una resistencia del orden de 20 kg/t. cuando se desplaza sobre caminos o carreteras donde las cubiertas no acusan ninguna penetración. Dicha resistencia aumentará en torno a 6 kg/t. por cada incremento de penetración de las ruedas en el terreno de 1 cm. Esta resistencia también engloba la fricción de los engranajes internos y la flexión lateral de los neumáticos. Existe una expres1on que calcula, aproximadamente, el coeficiente de resistencia a la rodadura: fR = 20 + 4h, siendo h la deformación del neumático y el hundimiento del suelo (o huella bajo la carga) medida en centímetros. De todas formas, decir que hay una resistencia a la rodadura fija para un determinado tipo de carretera o camino es erróneo, puesto que el tamaño del neumático, la presión de inflado y la velocidad hacen variar dicha resistencia. Como en movimiento de tierras las velocidades son menores de 80 Km/h, puede considerarse que no afecta la velocidad. Simplificando, se pueden asignar valores generales a varios tipos de firmes, Tabla 2.2.
- 31. 2.6 2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE. Es la componente del peso del vehículo paralela al plano de rodadura. La expresión de dicha resistencia es: Rp = W x sen a. - Rp(kg) = 1000 x W(t.) x sen a para pendientes de hasta el 20% se puede hacer la siguiente simplificación: sen a= tan a= ____i_ ; i (en%) - Rp(Kg) = ±10 xi x W(t) 100 siendo ( +) si el vehículo sube y (-) si baja. Por consiguiente la resistencia en rampa (o la resistencia a la pendiente) es de 10 kg/t. Fig. 2.6 - RESISTENCIA - TOTAL RESISTENCIA RESISTENCIA A LA ROOAOURA A LA PENDIENTE Fig. 2.7 por cada 1% de rampa (o de pendiente). Recíprocamente 1% de pendiente (o de rampa) equivale a 10 kg/t. de incremento de esfuerzo tractor. De todo lo anterior se obtiene que la cantidad de kg-fuerza de tracción requeridos para mover un vehículo es la suma de los necesarios para vencer la resistencia a la rodadura y los requeridos para vencer la resistencia a la pendiente, es decir, R,otal =IR X W ± 10 Xi X W R,,,t.al (kg) = 10 x W (t) x ( IR (kg/l) ± i ) 10 donde fR/10 se puede poner como una pendiente equivalente. A continuación se desarrolla una aplicación de las expresiones anteriores. Dada una máquina cuyo peso es de W = 22 t, la cual se desplaza por una superficie que tiene una pendiente i = -3% y con un coeficiente de resistencia a la rodadura de 50 kg/t que equivale a una pendiente ficticia del 5%, se pide calcular la resistencia total que tiene que r ( ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( ( ( ( (
- 32. 2.7 vencer la máquina en sus desplazamientos. Dicha resistencia total será: R, = 50 kg/t x 22 t - 3% x 22.000 kg= 440 kg o bien R, = 10 x 22 x (5 - 3) = 440 kg 2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION Es la fuerza de inercia. Supuesta una aceleración uniforme para pasar de la velocidad v1 a v2 en un tiempo t: dv a= - dt La resistencia para acelerar la masa de un vehículo de peso W(t.) será: para v1 Oy v2 = v quedará: 1000~ lOOO(v2-v¡) - R = 28 29 W(v2-v,) 9,81 3600! A ' t RA (kg) = 28,29 x W (t.) x v (km/h) t (seg) También se puede expresar esta resistencia en función de la distancia recorrida por el vehículo, d(m): 2d sustituyendo este valor de aceleración en la expresión de la resistencia a la aceleración resulta: w v; - v¡ v; (Km/h) - v¡ (Km/h) RA = - - x - - - = 3,93 x W(t) x - - - - -- - - - 9,81 2d d (m) Por ejemplo, si un vehículo, desplazándose cuesta abajo, quiere frenar en una distancia d (m), cuando circule a una velocidad v (km/h), el esfuerzo de frenado será: v2 - 3,93 X W X - d Esta resistencia a la aceleración es poco importante en movimiento de tierras, pero en el caso de frenado cobra cierta importancia ya que interesa conocer la distancia o el esfuerzo de frenado del vehículo.
- 33. 2.8 2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE. Esla resistencia no se suele tener en cuenta dado que las velocidades de los vehículos y maquínaria de obra son pequeñas y se sabe que la resistencia al aire es proporcional al cuadrado de la velocidad. De modo que RAIRE = K x S x V2 siendo V (m/s.) la velocidad del vehículo, S la superficie desplazada normal a la dirección del movimiento y K un coeficiente que depende de la forma de la máquina (más o menos aerodinámica) y que está comprendido enlre 0,02 y 0,08. Sin embargo, contra viento fuerte la resistencia al aire es un factor significativo. La cantidad determinante es el movimiento relativo del aire respecto al vehículo. Si la velocidad de la máquína es de 16 km/h. y la velocidad del aire en sentido contrario es de 64 km/h la velocidad relativa resultante será de 80 km/h. La resistencia al aire deberá tenerse en cuenta para valores de velocidad relativa superiores a 80 km/h. 2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO Y DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES. Definidas todas las fuerzas que actúan en el movimiento de las máquinas de movimiento de tierras, ahora hay que estudiar las relaciones entre ellas. Los factores que se oponen al movimiento son: Resistencia a la rodadura: RR == fR x W Resistencia a la pendiente: Rr == ±10 x i x W Resistencia a la aceleración: Racel. == 28,29 x W x v/t ó Racel. Resistencia al aire: Rai,c = K x S x v2 3,93 X W X v2/t La resistencia total será la suma de todas las anteriores, cuya expresión será: Rroro1 = IR X w ± 10 X i X w + Ra,el + K X s X v2 Si no se consideran, como se dijo anteriormente, las resistencia a la aceleración y la resistencia al aire resulta: Rrotal = /R X W ± 10 X i X W El esfuerzo que la máquina debe suministrar a los elementos motrices para superar las resistencias antes enumeradas es el menor de los siguíentes valores: - Tracción utilizable: Tu == W fT para que exista adherencia y el vehículo avance. - Tracción disponible: (es función de la velocidad) T0 . Esta variará en función de la marcha y r ( ( ( ( ( í ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 34. 2.9 de la velocidad alcanzada por la máquina. Se deberá tener que: TD Y TU 2:: RTotal Recíprocamente, conocida la resistencia total y las tracciones utili.7..able y potencia útil se puede obtener la máxima velocidad que es capaz de alcanzar la máquina en sus desplazamientos. Todo lo que se ha expresado anteriormente de forma numérica también se puede representar gráficamente en un sistema de ejes coordenados, Fig. 2.8, en el cual se colocan en abcisas las velocidades del vehículo y en ordenadas las tracciones,resultando la curva TO para plena potencia del motor y una reducción determinada de la caja de cambios. También se representa la curva Tu, que es una recta al ser independiente de las velocidades y puede cortar a la curva T0 , o ser exterior T, u· Caso Tu V¡: Tu< To, deslizamiento Vz: Tu = To, > RT, v2 es válida V3 : Tu> T0 , To= RT, v3 es válida V4: Tu > To, To< RT, falta potencia luego V2 < v < V3 Caso T, u v debe ser inferior a v3, pero está limitada inferiormente por el valor v5 de máx T0 , porque a su izquierda hay inestabilidad del vehículo (falta reducción en la caja de cambios). Aplicando lo anterior si TO 5Tu, siendo RT = W x (fR ± 10 x i), Tu = fT x WO x 1000 como debe ser RT ::; T0 , resulta RT 5 TU y sustituyendo W x (fR ± 10 x i) 5 fT x WO x 1000 debe cumplirse: (R ± 10 X 5 1000 X ÍT X WD / W entonces: v = Pot x p ~ Pot x p Pot x p TD RT W X ( / R ± 10 X i ) V V~ v, V~ V Fig. 2.8 Los fabricantes de tractores dan gráficas (Ver figura 2.9) para cada modelo de tractor donde elegida una marcha Fl, F2, F3, se obtienen la gama de velocidades y tracción disponible. Según sea el tipo de transmisión las curvas tendrán distintas formas.
- 35. X1O' lb X 1O' kg 160 o 1 60 120 1 5o 100 80 60 40 30 20 40 1 i ' r-.. - ! 1 1 ' 1 ' 1 Fl ~ "' 2.10 083E-1 1 1 ! i 1 i i ! ! ! 1 1 ! 1 F2 ~ I 20 10 -~ F3 ¡ 1 l'-..rt- ' ! i 1 ! 1 ' ' 1 1 1 1 1 1 1 j ¡ 1 í ! 1 ! 1 i i 1 : i ! i : 1 - 1 o 14 km/h ....__ _ 2....__ _4~---'6----'-8- MPH 6 10 12 Velocidad Fig. 2.9 Tractor Komatsu D83E-1 con convertidor de par. 2.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS. EJERCICIO 2.1 Una misma máquina de movimiento de tierras tiene en distintas obras diferente tracción utilizable. Dar una explicación, comentando una fórmula. Solución: La tracción utilizable viene dada por la expresión; siendo: - W = peso total que gravita sobre las ruedas motrices. - fT = coeficiente de tracción del terreno. El peso W será el mismo en las distintas obras, pero el coeficiente fTserá diferente en función del terreno ea que opere la máquina. El producto W x fT podrá ser, pués, diferente al variar el fT del terreno en cada obra. ( ( ( ( í ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 36. 2.11 EJERCICIO 2.2 Dos tractores iguales remolcan cargas máximas distintas. Dar una explicación comentando una fórmula. Solución: La tracción disponible puede calcularse aproximadamente para cada velocidad mediante la fórmula: T _ 367 x Potencia (KW) x Rendimiento 0 - velocidad (Km/h) Si los dos tractores son iguales tendrán la misma potencia. Bastará, por lo tanto, que lleven velocidades distintas, para que varíe la tracción disponible y consecuentemente la carga máxima remolcada. EJERCICIO 2.3 Un tractor de orugas de potencia al volante 300 H.P., se traslada en horizontal sobre tierra suelta a una velocidad de 3,6 Km/h. Calcular el peso teórico máx. del tractor para utilizar totalmente la potencia del motor. NOTA: HP=Horse Power, caballos de vapor. 1 HP = 0,736 KW , 367 x 0,736 = 270 HP Solución: Cálculo de la tracción disponible: T, = 270 x P (H.P.) x TJ D V (Km/h) 270 X 300 X 0,75 3,6 (se supone una eficiencia del 75%) Cáculo de la tracción utili7..able: 16.875 Kg. Para utifuar totalmente la potencia del motor, el peso teórico máximo del tractor será el que resulte de igualar la tracción disponible y la tracción utilizable: fT = 0,6 (Tabla 2.1) T0 = Tu - 16.875 = 0,6 x W - W = 16·875 = 28.125 Kg. 96 W = 28,125 t.
- 37. 2.12 EJERCICIO 2.4 Se supone un tractor de neumáticos de 4400 Kg. de peso, 100 H.P., la velocidad de 2,6 Km/h, y velocidad máxima 26 Km/h. Suponiendo un coeficiente de eficiencia mecánica de 0,75, calcular la pendiente máxima que puede superar a la velocidad máxima en tierra húmeda. Solución: Las fuerzas negativas se tienen que vencer con el esfuerzo de tracción del vehículo. Cálculo de la tracción disponible: T = 270 x P (H.P.) x f1 0 V (Km/h) Cálculo de la tracción requerida: 270 X 100 X 0,75 = 779 Kg. 26 Rr = ( IR + 10 x i ) x W (fR en Kg/t, i en %, W en t) De la tabla 2.2 se obtiene fR = 100 Kg/t por tratarse de tierra húmeda. Rr = ( 100 + 10 x i ) x 4,4 Supuesto que Tu = fT x W es mayor que RT para que haya adherencia entre ruedas y suelo, se deberá cumplir TO 2'. Rn por lo tanto: 779 = ( }()() + 10 X i ) X 4,4 => i = 1,1% Comprobación de que se cumple Tu > Tn· Tu = W x IT = Ir x W x cos a Como, i = 7,7% = a = 4,4° =- cos a = 0,997 Ir = 0,45 (por ser tie"a húmeda) Luego, Tu = 0,45 x 4,4 x 0,997 ::: 1,974 Tn ~ = Tu = 1974 Kg > Tv = 779 Kg w ) o: ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 38. 2.13 EJERCICIO 2.5 En una excavación superficial se desea que una traílla cargue su capacidad máxima en los primeros 25 ro. de su recorrido. Los datos de la máquina son los siguientes: Volumen de la caja colmada: 15 m3; Peso en vacío: 21 t; Ancho de la cuchilla de corte: 3m; Potencia al volante: 233 H.P.; Rendimiento mecánico: 0,85; Carga en ruedas motrices: 66%; Resistencia a la rodadura en pistas de acarreo: 40 Kg/t; Resistencia a la rodadura durante la excavación: 120 Kg/t; Resistencia al corte: 3 Kg/cm 2; Densidad de la tierra en banco: 1,%; Densidad de la tierra suelta: 1,57; Coeficiente de tracción: 0,45. Velocidad de transporte: 90% de la teórica de cálculo con un máximo de 60 Km/h. Se considerarán horas de 50 minutos útiles. No se considera la resistencia que ofrece el material suelto dentro de la traílla al llenado de la misma. Se pide: a) Profundidad de corte necesaria. b) Resistencia máxima que se opone al movimiento. c) lSerá posible llenar la mololraílla sin la ayuda de un tractor empujador? d) Calcular las velocidades de acarreo y retorno si en el acarreo la pendiente es ascendente del 2%. Solución: a) Profundidad de corte necesaria: Como la mototraílla carga su capacidad máxima en los primeros 25 m. de su recorrido, y el ancho de la cuchilla de corte es 3m, si "h" es la profundidad de corte, se cumplirá que: de donde: ds F = - w d B 15 X 1,57 = 12 m3 1,96 V8 = h x 25 x 3 = 12 h = 0,16 m. = 16 cm. b) Resistencia máxima que se opone al movimiento: Siendo W = peso total = tara + carga R,odadura = fR X W = 120 Kg/t X (21+15 X 1,57)1 = 5346 Kg. Superficie de corte = 300 x 16 = 4800 cm2 Rca,ga yrorte = 3 Kg/cm 2 X 4800 cm2 = 14400 Kg. Rtotal = R,od. + Rca,ga y corte = 5346 + 14400 = 19846 Kg.
- 39. 2.14 e) Para llevar la Lraílla sin ayuda de un tractor empujador se debe cumplir que la tracción utilizable no sea menor que la resistencia total que se opone al movimiento, pues en caso contrario la mototraHla patinará y no será capaz de cargar. Tu = fT X WT = 0,45 X 0,66 X 44500 = 13216 Kg. Como Tu < Rtotal, no será posible. d) Vendrá determinada por la tracción disponible mínima para igualar las resistencias a la rodadura. 270 x P (H.P.) x µ .. V (Km/h) 270 X 233 X 0,85 V Resistencia a la rodadura en el acarreo: será: Rida = W X( fR,ida + 10 Xi)= 44,5 X (40 + 10 X 2)= 2660 Kg. 270 X 233 X 0,85 Haciendo TD .. Rida - vida=------- 2660 Vida = 20,1 Km/h. Como el enunciado dice que la velocidad de transporte es el 90% de la teórica de cálculo V ida = 0,9 X 20,1 Igualmente para el retorno 18 Km/h. Rvuelta = W x( fR, vuelta • 10 X i) = 21 x( 40 · 10 X 2) = 420 Kg. T R V 210 X 233 X 0,85 = 127,3 Km/h D = "'vuelta = """Ita = 420 Vvuelta 127,3 Km/h. Se toma, según el enunciado, el 90% de la calculada, Vvuelta = 0,9 X 127,3 = 114,6 Km/h. > 60 Km/h Se toma la máxima: Vvuelta = 60 Km/h. ( r ( r ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( (
- 40. 3.1 CAPITULO 3. DETERMINACION DE LA PRODUCCION DE UNA MAQUINA Y COSTES 3.1 DEFINICION DE LA PRODUCCION. 3.1.1 CONCEPTO. La Producción o Rendimiento de una máquina es el nº de unidades de trabajo que realiza en la unidad de tiempo, generalmente una hora: Producción Unids. trabajo / hora Las unidades de trabajo o de obra más comúnmente empleadas en un movimiento de tierra son el m3 o la t, pero en otras actividades de la construcción se usan otras más adecuadas, como el metro lineal en la construcción de zanja.:; o de pilotes o el m2 en las pantallas de hormigón. La unidad de tiempo más empleada es la hora, aunque a veces la producción se expresa por día. 3.1.2 FACTORES. Esta cifra no es una constante del modelo de máquina, sino que depende de una serie de factores particulares de cada aplicación: a) Eficiencia horaria. b) Condiciones de trabajo de la obra en cuestión: b.1.- Naturaleza, disposición y grado de humedad del terreno. Los materiales en estado seco tienen un volumen aparente que es el que ocupa la capacidad de la máquina, pero en estado húmedo presentan una adherencia que hace aumentar la capacidad. Si la humedad es excesiva, entonces no aumenta. En el caso de margas y arcillas húmedas el rendimiento de excavación puede bajar considerablemente por adherirse el material a las paredes. b.2.- Accesos (pendiente, estado del firme). Repercusión de los accesos en el coste final de una obra. Tiene gran importancia el
- 41. 3.2 trazado y conservación de las pistas y cammos interiores de la obra, porque repercuten: - en la polencia necesaria de los vehículos y por consiguiente, en el consumo de combustible. - en el tiempo de transporte, al conseguirse menores velocidades si están en mal estado. - en la capacidad de transporte al ser mayores las cargas si están bien conservadas. - en la propia logística, si se producen averías y no hay zona de estacionamiento. Una falsa economía inicial o de proyecto puede ocasionar llevar mayor repercusión a lo largo de la obra, incluso en el plazo de ejecución si hay que variar el trazado de las pistas durante la obra. b.3.- Climatología (visibilidad, pluviometría, heladas) La climatología no sólo afecta a las interrupciones de trabajo sino al estado del firme pues el barro y la humedad reducen la tracción de las máquinas (traficabilidad). Cuando la temperatura es inferior a 2ºC en la sombra, deben suspenderse los trabajos de relleno. b.4.- Altitud, que puede reducir la potencia de las máquinas. e) Organización de la obra: c.1.- Planificación: afecta a la producción de la máquina: esperas, maniobras,... Hay que cuidar el orden de los trabajos para reducir al mínimo el número de máquinas necesarias y evitar embotellamientos y retrasos. c.2.- Incentivos a la producción. d) Habilidad y experiencia del operador. Estos factores no son de aplicación tola] y cada uno deberá emplearse sólo cuando lo requieran las circunstancias. 3.2 EFICIENCIA HORARIA. Se denomina Producción óptima o de punta (peak) PºP a la mejor producción alcanzable trabajando los 60' de cada hora. En la práctica se trabaja sólo 45 ó so' a la hora por lo que la producción normal Pn será: p n = 50 / 60 X pop = Ü,83 X pop = fb X pop ( ( ( ( ( ( ( ' ' ( ( ( ( ( { ( ( ( (
- 42. 3.3 En lo sucesivo P se referirá siempre a la Producción normal Pu. La relación fh entre los minutos trabajados y los 60' de una hora es lo que se denomina eficiencia horaria, tiempo productico o factor operacional (operating factor). Los factores de los que depende la 1 producción determinan la eficiencia horaria, como muestra la tabla 3.1. 1 I· 1, 1 Si se consideran incentivos i a la , ¡ producción, sobre todo con buenos factores de organización, estos coeficientes se verán incrementados, pero en cualquier caso será difícil que alcancen valores superiores a 0,90. Condiciones de trabajo Buenas Promedio Malas 1 Fig. 3.1 Organización de obra Buena Promedio 0,90 0,75 0,80 0,65 0,70 0,60 Tabla 3.1 Factores de eficiencia fh. Mala 0,60 0,50 0,45 Por otro lado, en condiciones adversas de trabajo y organización, el tiempo real puede llegar sólamente a ser el 50% del tiempo disponible. INCENTIVO ORGANIZACION MIN/HORA fb SI BUENA 50 0,83 SI MALA 42 0,70 NO MALA 30 0,50 Tabla 3.2 Incentivos a la producción. Naturalmente una máquina no trabaja sólo una hora sino varias al día durante el período que dure la obra, que puede ser de muchos meses. Esto hay que tenerlo presente al calcular la
- 43. 3.4 eficiencia media, ya que las condiciones y la organización pueden ir cambiando con el transcurso de la obra. También es necesario tener en cuenta las pérdidas de tiempo que se ocasionan, ya que el tiempo de trabajo continuo anual de una máquina (sin traslados ni esperas) sería de: 52 semanas x 40 horas - 8 fiestas oficiales x 8 horas = 2016 h año semana día y en la práctica es difícil superar las 1.600 horas, principalmente debido a: - Averías de la máquina. - Mantenimiento o conservación cada cierto número de horas de trabajo, aunque no se incluirán en Jas pérdidas por reali?__arse normalmente en horas no laborables para la máquina durante las de espera. - Condiciones atmosféricas locales, que además de afectar a la producción de la máquina entorpecen la marcha general de la obra. La tabla 3.3 expone algunos de los conceptos más comunes y ejemplos de sus valores en condiciones medias, expresado como porcentaje. No es normal que se den todos simultáneamente. Meteorología 9% Maniobras 8% Esperas 11% Averías mecánicas 6% Habilidad del operador 15% Total máximo "'60% Tabla 3.3 Pérdidas de tiempo. Se llama disponibilidad de una máquina (availability) a: disponibilidad = horas de trabajo horas de trabajo + horas de reparaciones Es conveniente antes de comenz.ar la obra hacer un estudio de las posibles condiciones climatológicas que se puedan presentar durante su desarrollo. El capítulo de averías de la máquina puede llegar a ser importante y para disminuirlo hay que prestar atención a: ( ' ' '( ( ( ( < ( ( ( (
- 44. 3.5 - Fiabilidad de la máquina. - Rapidez en los repuestos y atención del suministrador. - Cuidados y mantenimientos a cargo del propietario. - Habilidad del operador. - Dureza del trabajo (material, accesos). Todo lo anterior lleva en determinados ca~os a la compra de maquinaria nueva para una obra, o a la adquisición de unidades de repuesto si se emplean muchas iguales, con objeto de asegurar la continuidad de la misma y no interrumpir otras unidades de obra. 3.3 CICLO DE TRABAJO. 3.3.1 CONCEPTO. Se denomina Ciclo de Trabajo a la serie de operaciones que se repiten una y otra vez para llevar a cabo dicho trabajo. Tiempo del Ciclo será el invertido en realizar toda la serie hasta volver a la posición inicial del ciclo. FASES DEL CICLO DE TRABA.JO DE UNA TRAILLA (o~~ CARGA + ( o ~ ACELERACIONES. FRENAD+GIROS 1 ~, @~ DESCARGA 1 tiempo f.f¡o + IDA + ~b2 . VUELT_ A tiempo variable (transporte} Fig. 3.2 Fases de un ciclo de trabajo. duración del ciclo
- 45. 3.6 Por ejemplo, en las máquinas de movimienlo de lierras el Liempo de un ciclo de trabajo es el tiempo total invertido por una máquina en cargar, trasladarse y/o girar, descargar y volver a la posición inicial. La suma de los Liempos empleados en cada una de estas operaciones por separado determina el tiempo del ciclo. En los capítulos posteriores correspondientes a las máquinas más importantes se llevará a cabo un análisis de las operaciones o fases características de cada una de ellas. El tiempo de un ciclo puede descomponerse en fijo y variable. El primero (fijo para cada caso) es el invertido en cargar, descargar, girar y acelerar o frenar para conseguir las velocidades requeridas en cada viaje, que es relativamente constante. El segundo es el transcurrido en el acarreo y depende de la distancia, la pendiente, etc. Es importante considerar separadamente la ida y la vuelta, debido al efecto del peso de la carga (vacío a la vuelta) y la pendiente, positiva en un caso y negativa en el otro. Para un resultado más preciso de la duración de un ciclo suele tomarse un valor medio, obtenido de la medición de un gran número de ciclos, mientras que un número insuficiente puede llevar a resultados erróneos, debido al cambio en las condiciones externas (material, climatología, ...) 3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION. Una vez calculada la duración del ciclo de trabajo, -.:s posible estimar los ciclos que la máquina realiza en una hora (60/durac. en minutos) y conociendo la capacidad de la máquina (volumen de carga, ...) es inmediato el cálculo de la producción: PRODUCCION ( t ó m3 ) = CAPACIDAD ( t ó m3 N1 CICLOS hora ciclo ) x HORA Esta es la producción teórica horaria, pero la efectiva o real será la resultante de aplicar a la anterior los factores correctores que se considere en cada caso y entre los que encuentran algunos de los ya estudiados. Otros importantes se refieren al trabajo diurno o nocturno o al empleo de neumáticos o cadenas. Si C es la capaciadad, la producción real es: pr = C X o2ciclos / hora X f t X f2 X Í3 X . .• X fn Capacidad por X ciclo Fig. 3.3 Esquema de producción. Ciclos por hora ( ( ( ' r < ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 46. 3.7 3.4 CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA. En el empleo de maquinaria en una obra se deberá buscar su utilización óptima, a íin de no desperdiciar los recursos. Por ello se tratará de encontrar la mejor relación entre rendimiento y gastos, es decir, el costo más bajo posible por unidad de material movido. El coste horario de una máquina puede hacerse exhaustivamente mediante la suma de varios factores. Los principales son: - División del coste inicial entre el período de amortización que se pretende. - Intereses del capital pendiente de amortización. - Gastos de mantenimiento y reparaciones que se estima durante dicho período. - Gasto en consumos de carburante y neumáticos. - Mano de obra de los operarios, etc. Con todo esto es posible llegar a un resultado de coste en Pts/hora. Hay que tener la precaución de actualizar dicho valor si el período de amorti.7..ación es grande. Para un Jefe de Obra, los costes que influyen en relación con la maquinaria son: - mano de obra de maquinista: interviene en el coste de m3 de la unidad de obra. - consumo de gasoil: coste de gasoil/m 3• - reparaciones por averías, y pérdidas de producción por paradas. La amortización contable de maquinaria es un coste que le llega de la central y que le es ajeno en su dirección de obra, pero la depreciación de la máquina, sí que depende de la íorma de utilizarla y del modo de conservarla. Existe un manual de coste de maquinaria (Seopan-Atemcop) admitido por el MOPMA. Existe otra íorma de estimar los costes horarios, procedente de la experiencia y válida solamente para una primera aproximación. Consiste en tomar como coste horario un porcentaje del coste inicial o precio de compra, 200-400 ptas/Millón, siendo inversamente proporcional al tamaño de la máquina y añadir el coste del maquinista Amortización 40% Consumo gasoil 13% Mano de obra 17% Averías y reparaciones 22% Gastos generales 8% Tabla 3.4 Precio del m3 (valores medios) en movimiento de tierras.
- 47. 3.8 del maquinista incluyendo cargas sociales, unas 2.500 Pts/hora (1993). Como orientación del precio de una máquina puede tomarse entre 1000 y 1500 Pts./Kg. (1993). Los parques de maquinaria de las grandes empresas evalúan los costes horarios atendiendo a sus propios criterios de amortización y gastos, para luego facilitarlo a la obra. Estos costes están contrastados con los precios de alquiler de la maquinaria en el exterior y son similares, por lo que existen unos precios que se aceptan como costes horarios de mercado para los diferentes modelos de máquinas y que generalmente se dan sin combustible, con o sin operador, que se añadirá posteriormente. Una vez conocido el coste horario de la máquina y calculado el rendimiento según se explicaba en el apartado anterior, es fácil estimar el coste de producción: COSTE DE PRODUCCION = COSTE HORARIO / PRODUCCION La fórmula más general es: pts unids. obra == pts hora unids. obra hora En el movimiento de tierras lo más usual es: pts t 6 m3 pts hora t 6 m3 hora refiriéndose la unidad de obra a material en perfil de carretera, cuando se da en volumen. Pueden evaluarse los resultados con los oportunos factores, si bien con la precaución de no aplicar más de una vez el factor correspondiente a un obstáculo. 3.5 CONTROL DE COSTES. En la obra hay que tener una estadística actual de los costes horarios totales incluído operador, de las distintas máquinas, de forma que con el seguimiento de la producción de las distintas unidades se pueda conocer al día los costes de dichas unidades y en caso de desviaciones negativas respecto a los precios que figuran en la oferta se puedan hacer ajustes o cambios. ( ( ( r ( ( ( ( < ( ( ( ( ( (
- 48. 3.9 Los costes de una obra se dividen en directos e indirectos. Son directos todas las unidades de obra suhcontratadas, y aquellas que el contratista principal ejecuta con su personal. Indirectos, los de su propio personal de control de calidad, dirección y administración, de forma que aunque los precios de los subcontratistas sean fijos, retrasos de éstos en la ejecución repercuten en sus costes indirectos y en aquellas unidades suyas que no avanzan de forma que los costes aumentan con los retrasos. En resumen, una vez fijados unos costes y unos plazos, éstos quedan muy ligados entre sí. Dado que los costes fijos de una empresa son proporcionales al número de días de ejecución de una obra, para disminuir éstos gastos generales hay que reducir el plazo. Es necesario hacer un estudio económico, pues normalmente hay ciertos costes de producción que aumentan al disminuir el plazo. Los plazos de ejecución vienen determinados en ocasiones por motivos políticos, caso de Obras Públicas ya que tienen fija la fecha de inauguración, o económicos de rentabilidad o reinversión si el cliente es privado. Retrasos en el comienzo de las obras son antieconómicos cuando se tiene una fecha fija de terminación. El control de costes entra en la planificación económica. La planificación (informatizada) de una obra se divide en a) Plan de obra o programa técnico: es un estudio del proceso constructivo descompuesto en actividades y de sus plazos de ejecución, mediante un modelo gráfico, PERT, Red de Precedencias, etc. b) Planificación económica, o plan de objetivos, de costes, resultados y producción (certificaciones) con su seguimiento y actualización cada determinado tiempo. 3.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS. C.P. 3.1 Sobre producción. Es difícil trabajar las ocho o diez horas, de una forma continuada, debido a esperas y problemas de organización, y muchas veces es más orientativo para el contratista, evaluar el
- 49. 3.10 conjunto de las horas del día y así dar una producción por día y no por hora. Cuando se dan datos de una obra de carretera, se suele dar el volumen total y los meses en que se ha ejecutado, con las puntas mensuales de producción. Por ejemplo, en una carretera de autovía de 11 Km. se dá el dato de ejecución 18 meses en el cual están comprendidos todas las fases de construcción. En el ejemplo anterior, hubo siete millones de m3 de movimiento de tierras ejecutados en 9 meses, o sea, una producción de 760.000 m3/mes equivalente a 38.000 m3/día de 10 horas. En la Autovía de Andalucía, en un tramo de 49,6 Km, realizado en 24 meses, se llegó entre varios tajos a 1 millón de m3 ~e movimiento de tierras/mes, equivalente a 50.000 m3/día. En la construcción de autovías, una regla empírica aproximada de plazos de ejecución en función del número de kilómetros puede ser; t (meses) .. 18 + 0,1 x Nº Km. C.P. 3.2 Mantenimiento de la maquinaria. La conservación o mantenimiento de la máquinaria se suele clasificar en escalones: ESCALOH FOHCION OPERARIO MISION lº Mantenimiento preventivo: Maquinista y -Engrase diario, semanal o quincenal mecánico -Inspección especialista -Cambios de aceite 2º Reparación de averías en obra Mecánicos -Cambios profesionales -Sustitución de componentes 32 Reparación no posible en obra Taller -Desmontaje de la máquina Tabla 3.5 El mecánico especialista es algo más que un mecánico, debe llevar instrumentos de diagnosis. El primer escalón o mantenimiento preventivo es muy importante ya que puede evitar averías importantes. · El mantenimiento de filtros y aceites de motores hidráulicos se hace en las horas ( ( ( ( ( ' '( ( ( ( { ( (
- 50. 3.11 productivas, aprovechando las paradas. - Durante el invierno se aprovecha para revisiones y reparaciones generales. - Debe ser obligatorio un parte quincenal de conservación de consumos, averías y necesidades. - En cada máquina debe haber una tabla colocada con los tipos de lubricantes necesarios, sin permitirse cambios. - Siempre debe haber un equipo disponible de mecánicos en el parque central correspondientes al segundo escalón, para en un plazo de 4-5 horas, estar en la obra. - Las tecnologías actuales de las máquinas, hoy son difíciles para los maquinistas y debe haber un equipo de mecánicos especializados. La doble función de maquinista y mecánico ya no es posible. (1993) Dentro del mantenimiento de la maquinaria puede incluirse también el aprovisionamiento de gasoil, ya que sus irregularidades pueden ocasionar averías o al menos interrupciones de trabajo. Se necesita pues "conocer" el consumo diario de las máquinas y proveer las cisternas de almacenamiento y transporte necesarias C.P. 3.3 Caso particular de organización de obra: La conjunción de actividades simultáneas diferentes en los procesos constmctivos. Se observa que el estudio de las obras en general se realiza sobre actividades de procesos constructivos consecutivos o independientes mediante programaciones lineales, pero hay bastantes casos donde aquellos no son consecutivos sino simultaneos diferentes y es objeto de este estudio explicar algunos criterios que ayuden a resolver esta problemática. Los equipos que trabajan en actividades diferentes y simultáneas deben estar equilibrados en cuanto a tamaño y producción para conseguir una operación económica (o sea sin esperas unos de otros). Un caso práctico en obras hidráulicas son las presas de materiales sueltos, en las que hay que ir levantando simultáneamente los espaldones, el núcleo central y los filtros, que al no ser materiales homogéneos, tienen distinta maquinaria de puesta en obra y representan diferentes actividades. Todos los factores externos, si repercuten en una actividad, repercuten en las otras. En el caso anterior, los elementos de auscultación que se introducen en el núcleo representan otra actividad simultánea. La diferenciación de materiales obliga a unos planes de ejecución muy estudiados, debido a la dificultad que representa la conjunción de los procesos constructivos. Hay que determinar la variable geométrica que marca el ritmo o su variación en función del tiempo, es decir su producción, y en función de ella determinar los equipos correspondientes y sus producciones reales teniendo muy en cuenta los factores locales. A continuación se
- 51. 3.12 procede por iteracción a los cambios necesarios de capacidades, para que resulte un equilibrio lo más económico posible. En el primer caso expuesto la variable geométrica es la altura. Es importante la elección de los equipos que intervienen en las distintas actividades sobre todo en los que marcan el ritmo, porque una avería en uno de ellos representa una parada en los restantes. Este tema puede abordarse desde distintos puntos. a) Conservación preventiva de la maquinaria, primer y segundo escalón, con disposición de mecánicos y respuestos in situ. b) Edad de la maquinaria, adquiriéndola nueva para la obra, o sino con muy pocas horas de utilización (en buen estado). c) Valoración del costo horario de la máquina y eventualmente. C.1. Tener otra de repuesto C2. Sustituirla por varias de menor producción de forma que nunca se llegue a la paralización total de la obra, sino a una menor producción. La logística en la ejecución de actividades diferentes simultáneas puede plantear problemas, con los siguientes factores a tener en cuenta. A) Aprovisionamiento de materiales, procedentes de canteras, graveras, préstamos y su movimiento en el interior de la obra. B) Repercusión de los accesos, estado de las pistas y ubicación de las zonas de estacionamiento para el caso de averías de los medios de transporte. En construcción de firmes existen tres actividades que son fabricación, extendido de aglomerado y compactación. Como las tres operaciones deben constituir un proceso continuo, anteriormente se necesitaba un gran número de camiones, que además de transportar las mezclas servían de almacén regulador para asegurar la continuidad de la extendedora. ( ( ( ( 'r ( ( ' ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 52. 3.13 Actualmente esto se consigue con un vehículo de transferencia de mezcla, MTV, que es una tolva alimentadora autopropulsada (Fig. 3.4) que recoge la carga de los camiones y mediante cinta transportadora alimenta la extendedora sin que esta pare, presentando grandes ventajas de producción y regularidad superficial (calidad para el usuario)así como reducción del número de camiones. La variable geométrica en este caso es la longitud, y su variación la velocidad de avance de la exlendedora. Fig. 3.4 Esquema de trabajo, el camión descarga al MTV, y éste a la tolva precedida de la extendcdora de asfalto. La continuidad en la fabricación se facilita mediante la colocación de uno o varios silos reguladores o de almacenamiento a la salida de la planta asfáltica. De esta forma las plantas discontinuas trabajan de forma continua cuando los camiones faltan, y llenan su carga máxima, en vez de amasadas completas de mezcladora. Los silos de almacenamiento se llenan una hora antes y así los camiones no esperan o se necesitan menos. (Figs. 3.5 y 3.6) D D [BJ Fig. 3.5 Descarga directa de mezcladora de planta asfáltica a camiones. ' Fig. 3.6 Carga de mezcla asfáltica de silo regulador.
- 53. 3.14 Otro proceso constructivo donde se reafü.an tambien actividades simultáneas, es el de los encofrados deslizantes en estructuras, donde hay tres actividades: colocación de armaduras, elevación de encofrado y hormigonado. En este caso la variación o sea, la velocidad de elevación es importante porque determina la presión del hormigón sobre los encofrados. En edificación, la prefabricación es un caso típico, ya que mientras se van levantando determinadas estructuras, otras se pueden ir prefabricando simultáneamente. Tal es el caso de vigas y losas de cubiertas prefabricadas con construcción in situ de pilares. Siempre hay una actividad que predomina sobre las restantes. En los casos anteriores citados de Jas presas de materiales sueltos, la actividad es la compactación del n6cleo, en la carretera es la compactación del aglomerado y en los encofrados deslizantes es el hormigonado. Se pueden citar otros casos de actividades diferentes simultáneas como son la construcción de zanjas en terrenos inestables con protección de blindajes metálicos. Las dos actividades son colocación de blindajes y excavación. En la hinca de tuberías horizontales y muros de pasos inferiores mediante gatos hidráulicos, deben realizarse las actividades simultáneas de hincado y excavación. Por lo tanto, en la programac1on de las obras hay que prestar atención a los casos particulares de actividades simultáneas y tener presentes los distintos factores antes mencionados. Los caminos críticos del Pert detectan cuando son convenientes las actividades simultáneas. Las actividades simultáneas diferentes tendrán un fuerte incremento, porque es un sistema bueno y natural de acortar plazos de ejecución. A nivel particular, intuitivamente, las personas procuran hacerlas también; 1a diferencia importante, es que el individuo es el mismo, y se le desaconseja totalmente por el riesgo de equivocaciones y accidentes. EJERCICIO 3.4 Dos máquinas de movimiento de tierras del mismo tipo, pero de distintas características técnicas dan una misma producción. Dar una explicación. Solución: La producción horaria de una máquina de movimiento de tierras viene dada por la expresión siguiente: r ( ( '( ( • ( ( ( ( ( ( ( (
- 54. Producción horaria 3.15 Peso o volumen ciclo X n° de ciclos hora Los factores del producto anterior pueden ser distintos, pero el resultado el mismo. EJERCICIO 3.5 Un tractor agrícola de peso 3 t., 70 H.P., carga en ruedas motrices 60% del peso, transporta arena seca en un remolque basculante de tara 1 t. y volumen 3 m3• Transita por un camino blando de tierra con una pendiente ascendente del 3% y la descarga a 2 Km. El tiempo de carga es de 40 segundos, el tiempo de descarga 15 segtmdos y el de maniobras 25 segundos. El coste diario del tractor, remolque y tractorista es de 88.000 pts. La velocidad máxima posible del tractor es de 40 Km/h. Calcular el volumen en banco, la producción y el coste de tonelada transportada. Solución: 1º) Para determinar el volumen en banco transportado se utilizará el valor que tiene el factor de esponjamiento (Fw) para arena seca. 22) Coste de t transportada. VB 0 87 = - => V = 3 x O87 = 2 61 m3 ' 3 B , ' Aplicando la fórmula del 3.4, hay que determinar el coste horario y la producción. La producción viene dada por la fórmula del 3.3.2. Para calcular el nº de ciclos por hora habrá que determinar el tiempo de ciclo, es decir, el utilizado por la máquina en cargar, ir, descargar y volver (tiempo fijo y tiempo variable): - tiempo fijo: es el invertido en cargar, descargar, girar y acelerar o frenar. tr = 40 + 15 + 25 = 80 segundos - tiempo variable: es el invertido por la máquina durante el transporte. ·tiempo de ida: tida = 2000 m / vida · tiempo de retomo: tret = 2000 m / v,et Habrá que calcular vida y vret para obtener los tiempos de ida y de retomo respectivamente.
- 55. 3.16 Para ello se calcula la tracción requerida a la ida y a la vuelta: RT. = ( f R + 10 x i ) x Wida Ido Considerando; fR = 50 Kg/t, por ser camino blando de tierra. i = 3 (pendiente del 3%) W;da = peso total máquina = tara remolque + peso tractor + peso de la carga remolcada. De las tablas 1.1: densidad suelta de arena seca: 1,34 dendidad en banco de arena seca: 1,54 W = 1 t + 3 t + 3 m) X 1,34 _f_ = 8,02 t ml Por tanto, Ri,,,,. = (50 + 30) x 8,02 = 641 Kg RT...,.,, = (K, - 10 x i) x wwelta = (50 - 30) x (1 + 3) = 80 Kg Trace. utilizable =Tu= 60 xWxCr=0,6x3000x0,45=810Kg 100 (CT = 0,45 para camino blande y tractor de neumáticos) 1l "6 d" "ble T 270 x P (H.P.) x TJ 270 x 70 x 0,8 racci n isponz = = ---~-~~ = ------ D V (Km/h) V (Se supone una eficiencia mecánica del 80 %) Resulta Tu > RT y habrá que calcular V para que se cumpla que T O e:: RT. vida: 270 X 70 X 0,8 = 641 Kg vida Vida = 23,5 Km/h = 6,52 m/s T =,, D ~'T.., 270 X 70 X 0,8 = ----- = 80 Kg v,a v,et = 189 Km/h Como V,e1 >Vmáx se toma como V,01 el valor de Vmáx, es decir, V,01 =40 Km/h = 11,11 m/s. Será, pues: 2000 m tida = --- = 306 seg. 6,52 m s ( ( ( ( { ( ( ( ( ( (
- 56. 3.17 2000 m tra = - -- = 180 seg. 11,11 m s Juego t,otal = tida + t,et + tmaniobras = 306 +180 + 80 = 566 seg Producción horaria: Volumen en banco = 2,61 m3; densidad en banco 1,54 t/m3 2,61 m3 X 1,54 _t_ P = _____ _ m_ 3 x 4 7 ciclos = 18,89 t/h ciclo ' hora n ° ciclos = 3600 x 0,75 = 4 7 ciclos hora 566 ' hora ( Se supone una eficiencia horaria del 75 % ) Para el coste horario se supone jornada de trabajo de 8 horas, por consiguiente, el coste horario será: 88.000 pis = 10.000 pts 8 horas hora El coste de tonelada transportada: e = 10.000 / 18,89 = 529 Pts/t EJERCICIO 3.6 En un movimiento de tierras, de trabajo diurno, de un sólo turno, se pueden utilizar varias máquinas de las siguientes características: Tractor de cadenas Cargadora de ruedas Mototraílla Coste diario total con operario 48.000 Fts. 36.000 Fts. 108.000 Fts. Capacidad m 3 6 3 15 Tiempo de carga, seg. 20 10 50 Tiempo de descarga, seg. o 5 30 Tiempo de maniobras, seg. 10 15 46 Velocidad ida, Km/h. 3,6 7,2 28,8 Velocidad retorno, Km/h. 7,2 14,4 36
- 57. 3.18 Jornada de trabajo y tiempos productivos, considerarlos normales e iguales para todas las máquinas. La traílla durante la carga necesita ser empujada por un tractor, que puede atender a 4 traíllas. Determinar las distancias a partir de las cuales es más económico utilizar: a) La cargadora en lugar del tractor. b) La trailla en vez de la cargadora. Solución: Se analiza previamente el tiempo fijo y el tiempo variable de cada máquina, con el fin de determinar el tiempo del ciclo de cada una de ellas. Se llama "d" a la distancia recorrida por cada pareja de máquinas. Tractor Cargadora Mototrailla Carga 20 10 50 tfijo Descarga o 5 30 (seg) Maniobras 10 15 46 Total 30 Total 30 Total 126 Velocidad Ida 1 2 8 (m/s) Retorno 2 4 10 tvariable Ida d/1 d/2 d/8 (seg) Retorno d/2 d/4 d/10 El tiempo del ciclo de cada máquina será la suma del tiempo fijo y el tiempo variable para cada una de ellas: Tractor Cargadora Mototraílla tciclo (seg) 30 + (3/2) d 30 + (3/4) d 126 + (9/40) d Si se considera una eficiencia horaria de 5/6 (horas de 50 minutos), el número de ciclos por hora en cada caso sería: ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 58. 3.19 Tractor Cargadora Mototrailla Para el cálculo del coste horario de cada máquina se considera jornada de 8 horas. En el cálculo del coste horario de la traílla hay que añadir la parte proporcional del tiempo que dedica el tractor empujador, que se supone 1/4, ya que empuja a 4 traíllas. tractor. tanto: a) Cálculo de la distancia "d" para la cual es más económico utilizar la cargadora que el Deberá ser el coste de producción de la cargadora menor o igual que el del tractor, por 36000 36000 3 X - - - -- 30 + i x d 4 5 x-x8 6 48000 36000 5 6x - - - --x-x 8 30 + i X d 6 2 720 X (30 + i X tÍ) ~ 480 X (30 + i X tÍ) 4 2 90+~xd~60+3xd => 3o~lxd =- d~40m 4 4 b) Cálculo de la distancia "d" para la cual es más económico utilizar la traílla que la cargadora. Análogamente, deberá cumplirse que: 108()()() + .!. X 48()()() 4 ~ 36000 15 X 36000 5 X 8 6 X 36000 5 X 8 X - X - 9 126 + - X d 6 3 30 + - xd 6 40 4 24 X (126 + _2._ X ti) ~ 12 X (30 + ~ X ti) 3 40 4 9 9 ~ 252 + - X d ~ 90 + X d => 161 ~ - X d q d ~ 90 m 20 4 20
- 59. ( ( r ( ( ( r ( ( r ( ( ( ( ( f ( ( ( ( ( ( l ( ( ( ( ( ( ( ( l l l l ~) l11 u l u u u u u I.J y u
- 60. 4.1 CAPITULO 4. CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION. 4.1 SIGNlFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS. En construcción de carreteras, los capítulos en que se descompone la obra suelen ser: - Retirada y reposición de servicios. - Movimiento de tierras. - Drenajes y obras de fábrica (marcos, tubos, cunetas). - Estructuras (viaductos, pasos superiores e inferiores, puentes). - Túneles. - Firmes. - Señalización (pintura, señales, barreras, mallas de cierre). - Anejo de integración ambiental (plantaciones, hidrosiembra, pantallas). La retirada y reposición de servicios comprende: accesos a fincas, vías de servicio, cruces de líneas telefónicas, eléctricas, acequias, conducciones de agua y alcantarillado. Los materiaJes que aparecen en movimiento de tierras son: - Tierras. - Tránsito. - Rocas. Estos materiales se pueden clasificar según su velocidad sísmica, y tomando unos valores orientativos se utilizarán las máquinas que posteriormente se verán, y que pueden resumirse en el siguiente cuadro, en una primera aproximación simplista: EXCAVACION VELOC. SISMICA MAQUINA Tractor hoja frontal Tierras < 1000 m/s Excavadora Traílla Tránsito 1000 - 2000 m/s Escarificador (Tractor cadenas) Roca > 2500 m/s Explosivos. Perforadoras. Tabla 4.1 Velocidades sísmicas Los volúmenes principales en que se descompone el movimiento de tierras figurarán en el proyecto con sus precios como unidades de obra, las cuales se correspoden con distintas actividades, pudiendo estar algunas de estas, agrupados en un sólo precio o unidad de obra.
- 61. 4.2 Las distinlas aclividades son: a) Despeje y desbroce del terreno (m2): Consiste en la demolición de obstáculos, como construcciones, arbolado, etc. b) Excavación en tierra vegetal (m3): Es el levantamiento de 1cobertura de tierra vegelal y lraslado a verlederos o acopios para posterior revegetación de taludes. c) Excavación en suelos (m3): d) Excavación en préstamos para el núcleo (m3). e) Excavación en roca con voladura (m3). f) Terraplenes (rn3). g) Pedraplenes con productos de voladura o escarificación (m3). h) Explanada mejorada (m3). i) Refino de taludes en desmonte (m 2). j) Refino de taludes en terraplén (m2). k) Sanco de taludes en roca (m2). 1) Apertura de pistas de acarreo y caminos de acceso a los distintos tajos. El movimiento de tierras puede representar en la variante de una autovía alrededor de 125.000 - 200.000 m3/Km., y con un precio orientalivo de 350 ptas/m 3., resultan de 45 a 70 M ptas/Krn, y si se estima para la autovía un costo de 400 - 500 M ptas/Km., representa aproximadamente el 20%, ocupando del 50 -60% del plazo de ejecución. El movimiento de tierras en una presa de materiales sueltos depende de la longitud de la presa y caudal punta de aliviadero, que es el que condiciona el volumen de hormigón, el cual puede tener un costo económico total mayor que el del movimiento de tierras (el precio de la unidad de obra de hormigón es muy superior al de las tierras). Unas cifras de valores medios situarían el movimiento de tierras del 45 al 75% del presupuesto total. En el caso de presas de hormigón puede representar del 5 al 10%. En resumen, como orientación, movimienlo de tierras: - Autovías - 20-30%. - Presas de tierras - 45-75%. - Presas de hormigón - 5-10%. 4.2 CONSTITUCION Y TIPOS DE SUELOS. Los diversos tipos de suelos que son considerados en el movimiento de tierras pueden ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '(
- 62. 4.3 vanar desde roca sólida hasta tierra sola, pasando por todas las combinaciones de roca y tierra. Así los diferentes tipos de materiales ofrecen diferente resistencia para ser movidos, dependiendo del peso del material, dureza, rozamiento interno y cohesión. Se tiene que una menor resistencia de remocióm implica una mayor facilidad de carga, siendo ésta úJtima fundamental en la elección del equipo o tipo de maquinaria a utilizar. Los distintos tipos de tierras se forman con rocas desintegradas, residuos vegetales y animales. Una vez formada, comprende materia mineral, materia orgánica, agua y aire. Las tierras, en general, pueden dividirse básicamente en cinco grupos: arcillas, limos, arena, gravas y materia orgánica. La realidad dice que se pueden encontrar estos materiales en forma independiente o en varias combinaciones y mezclas. 4.3 TIPOS DE EXCAVACIONES. Los tipos de excavación, se pueden dividir en tres grupos: a cielo abierto, subterráneas y subacuáticas. Dependiendo de la constitución del terreno y del material excavado, se tendrán que utilizar unos u otros medios de excavación. 4.3.1 EXCAVACION A CIELO ABIERTO. La clasificación podría ser la siguiente: - En roca: es necesario utilizar explosivos. - En terreno duro: uso de explosivos o ripado. - En terreno de tránsito: término poco definido, en general se puede excavar por medios mecánicos, pero no a mano. - En tierras: se puede excavar a mano. - En fangos: es necesario emplear medios especiaJes de transporte o hacer una desecación previa. Todos los trabajos pueden hacerse en seco o con agotamiento, nivel freático por debajo del plano de excavación. En este tipo de excavaciones es fundamental la elección del equipo idóneo para transporte y carga. Como norma general hay que considerar que el equipo de transporte debe ser cargado
- 63. 4.4 entre 3 y 6 cargadoradas o ciclos del equipo de carga. Los puntos a tener en cuenta para seleccionar el equipo de transporte son: Recorrido, distancia, pendientes y curvas, material a transportar, producción requerida y equipo de carga disponible. Los correspondientes al equipo de carga, por orden de preferencia, son: Producción requerida, zona de trabajo o carga (amplitud y condicionantes), características del material a cargar (en banco, ripado, volado), disponibilidad requerida, equipo de transporte a utilizar. 4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS. Pueden ser: · En túnel y galerías: Normalmente es necesario el uso de explosivos o topos según longitud y tipo de terreno. Debe tener sección suficiente para permitir el uso de medios mecánicos de excavación, carga y acarreo (mayor de 3m2). También se utillizan rizadoras y martillos de percusión. Los escudos cuando los terrenos son inestables. · En pozo: Excavación en vertical o casi vertical, teniendo que ser extraídos los productos por elevación. Las dificultades, organización, medios auxiliares y coste de éstas excavaciones subterráneas, están fuertemente condicionadas por la distancia de los frentes de ataque a los accesos y bocas de entrada y por la presencia de agua, especialmente en excavaciones descendentes. 4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS. Son aquellas en las que no es posible una actuación desde tierra, siendo necesano el empleo de material flotante o medios análogos. Según la naturaleza del fondo, se pueden clasificar en: - Arenas y fangos: Se pueden transportar por tubería los productos de excavación mediante bombas y dragas de succión. - Fondos moderadamente duros: Arenas consolidadas y rocas blandas, dragas de succión con cabezal cortador. ( ( ( ( 'r ( '( ( ( ( ( ( (
- 64. 4.5 - Fondos duros: Mediante dragas de arranque o rosario. El material extraído no puede transportarse por tubería, por componerse normalmente de trozos grandes. - Rocas: Mediante martilo romperrocas o voladuras subacuáticas. 4.4 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA. Se puede clasificar la maquinaria de excavación y movimiento de tierras, atendiendo a su traslación, en tres grandes grupos. 4.4.1 MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA. - Tractores con hoja empujadora. - Tractores con escarificador. - Motoniveladoras. - Mototraíllas. - Cargadoras. Son máquinas que efectúan la excavación al desplazarse, o sea, en excavaciones superficiales. La excepción es la cargadora, que cuando excava es en banco, pero luego se traslada con la carga, aunque la aplicación normal de ésta máquina es para cargar material ya excavado o suelto. 4.4.2 MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS, SIN DESPLAZARSE. Realizan excavaciones en desmontes o bancos. Cuando la excavación a realizar sale de su alcance, el conjunto de la máquina se traslada a una nueva posición de trabajo, pero no excava durante este desplazamiento. El desplazamiento necesario entre el órgano de trabajo (hoja, cuchara, cazo, cangilón, etc.) se efectúa mediante un dispositivo cinemático que modifica la posición relativa de este
- 65. 4.6 órgano de trabajo y el cuerpo principal de la máquina. En este grupo se encuentran: - Excavadoras hidráulicas con cazo o martillo de impacto. - Excavadoras de cables. Dragalinas. - Excavadoras de rueda frontal. - Excavadoras de cangilones. - Dragas de rosario. - Rozadoras o minadoras de túnel. 4.4.3 MAQUINAS ESPECIALES. La excavación se efectúa empleando otros dispositivos, siendo su campo de aplicación generalmente más limitado. - Topos: La presión sobre el terreno se logra por mediante el desplazamiento del cabezal de la máquina y el desgarramiento del mismo por un órgano dotado de movimiento rotativo. - Dragas y bombas de succión: El material (arenas, limos) es arrastrado formando una emulsión por una corriente de agua que es aspirada por una bomba, que puede impulsarla por una tubería. - Dardos y chorros de agua: A gran presión, utilizan la energía cinética y el efecto de disolución del agua para atacar y remover materiales disgregables. - Fusión térmica: Se utilizan productos que rebajan el punto de fusión y permiten la perforación y corte de rocas. Se emplea para corte y perforación de rocas y hormigón en circunstancias especiales. 4.5 CLASIFICACION DE ATKINSON (1977) DE UTILIZACION DE MAQUINARIA ATENDIENDO A LA RESISTENCIA A COMPRESION. ( ' 'r ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 66. 4.7 R _ ROCA o 8 APLICAC/°" POSIBLE o <r ~ C _ SUELO COHESIIIO ~ u MARGINAL ¡;: v G _ SUELO GRANULAR ... lf u lf <r :, * S• nk-1'9,tO OIOIOd1,1ro r,oro ,nct..-10/n rN,.,.,,... <r u . "' M IOl'OftClff'IOfQlnOI u "' <r . ~ <r w [:l .... •Z .... . ,z o z ~ w o § "' ~ :í :, z § ¡¡; u o <r "' "' <r w "' . o. "' ..J ..J o. "' ~ <r ¡! <r <r ..J ..J <r <r ~ 3 ..J ;¡ ;¡ z z "' ..J :; <r RESISTENCIA A ~ f "' "' :; u u ... e "' <r '!! <r COOIGO OESCRIPCIOO LA COMPIIESION g 5 C> C> <r i'! '-' ... <l "' ..J <l MN/m1 (MPc) ~ o o "' "' X a: "' :¡¡ :¡¡ o o 1f .... o R7 ROCA EXTREMADAMENTE RESISTENTE 200 r > R6 ROCA MlJY RESISTENTE 100-200 V, e( R5 ROCA RESISTENTE ~- 1 00 (.) R4 ROCA MOO€RADAMENTE RESISTENTE 12,5 ·~ o R3 ROCA MODERADAMENTE OEBIL 5· 1 2,5 a: R2 ROCA OEBIL 1,25·5 RI ROCA MUY DEBIL 0,6- 1 ,25 C4(G4) DURO (DEBILMENTE CEMENTADO) 0,15-0,6 V, o ..J C3(G3) FIRME (COMPACTO) 0,08-0,IS w C2CG21 BLANDO ( SUELTO) 0,{)4·0,08 :::, V, C l (G I) l,füY BLANDO(MUY SUELTO) < 0 ,0 4 ·- . .. - Tabla 4.2 Rangos de utilización de distintos tipos de máquinas según la resistencia a compresión 4.6 CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD. 4.6.1 INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE Y MUFfUOGLU. Se estudian cuatro parámetros geomecánicos importantes que son: - W: alteración por meteorización. - S: resistencia a compresióm simple. - J: separación entre diaclasas. - B: potencia de los estratos. Se rellena así el siguiente cuadro: CLASES DE MACIZOS ROCOSOS PARAM ET ROS 1 2 3 4 5 ALTERACION INTENSA ALTA MODERADA LIGERA NULA Valoración ryv'¡ < o 5 15 20 25 RESISTENCIA DE LA ROCA (MPII) < 20 20-60 40 - 60 60- 100 > 100 COMPRESION SIMPLE (MPII) t.(50) < 0,5 0,5- 15 1,5- 2,0 2 • 3,5 > 3,5 Valoración (S) o 10 15 20 25 SEPARACION ENTRE DIACLASAS (m) 0,3 0,6 • 1,5 0,6- 1,5 1,5 - 2 > 2 Valoración (J) 5 15 30 45 so POTENCIA DE ESTRATOS (m) < 0,1 0,1 - 0,3 0,3 • 0,6 0,6 • 1,5 > 1,5 Valoración (8) o 5 10 20 30 Tabla 4.3 Evaluación del Indice de Excavabilidad.
- 67. 4.8 En función de éste índice, resultan unos rangos de utilización de distintos tipos de máquinas. CLASE FACILIDAD DE INDICE EQUIPO DE MODELOS DE EQUIPOS EXCAVACIOH (W+S+J+B) EXCAVACWN EMPLEADOS A Tractor (Cat. D8) TRACTORES e. Oragalina > 5 m3 1 MUYFACIL < 40 DE (Lima 2400) RIPADO C. Excavadora ele Cables > 3 m3 (Ruston Bucyrus 71 RB) DRAGAUNAS A Tractor (Cat. D9) 2 FACIL 40 . SO EXCAVADORAS B. Oragalina > 8 m3 (Marion 195J C. Excavadora ele Cables > 5 m (Rus1on Bucyrus 150 RB) A Tractor • Excavadora · Pala 3 MODERADAMENTE 50 - 60 Cargadora (Cat. 09) DIFICIL DRAGAUNAS B. Excavadora Hiclrliulica > 3 m3 (Cat. 245) EXCAVADORAS A Tractor - Excavadora • Pala 4 DIFICIL 60 • 70 Cargadora (Cat. D10) B. Excavadora Hiclrliulica > 3 m3 (Cat. 245 6 O&K RH40) 5 MUY DIFICIL 70 - 95 Excavadora Hidráulica > 3 m3 (Cat. 245 6 O&K RH40) Demag H111 Excavadoras 6 EXTREMADAMENTE 95 ·100 Poclain 1000 CK Hidrliulicas DIFICIL EXCAVADORAS P& H 1200 > 7m3 AH 75 MARGINAL Oemag H 185 Excavadoras 7 SIN VOLADURA > 100 Demag H 241 Hidráulicas O & K RH300 > 10m3 Tabla 4.4 Rango de utilización de maquinaria según el índice de excavabilidad. Fuente: Ingeopres, Abril 92. Se deduce de la tabla que a partir de un índice de 60 se necesitan ya máquinas muy importantes, que entran más en el sector de minería que en el de Obras Públicas. 4.6.2 CLASIFICACION DE FRANKLIN DE UTILIZACION DE MAQUINARIA DE EXCAVACION. Como complemento a las clasificaciones anteriores, el cuadro de Franklin relaciona zonas de utilización de excavadoras, tractores (escarificación), según espaciamiento entre fracturas y un índice de resistencia a cargas puntuales. En el ensayo de Franklin,{ s (MN/m 2) es un índice de resistencia a cargas puntuales (load point test).: En Geotecnia se considera R0 "' 20 Is. Se representan en la Fig. 4.1. ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( (
- 68. ...., .§ :,:. (/) ~ D:: ::, 1- u 100 ~ D:: u. 07' w D:: o 1- D:: z 00 w ,. o 1- o z w :E ~ u ~ Q. V) w 6 2 0,6 0,2 0,06 0,02 EH VH H M L VL EXCAVACION 4.9 VOLADURA VOLADURA DE ESPONJAMIENTO (PREVOLADURA) 0,006 -1 VL L M EH 0,03 0,1 O,! ! 10 30 INDICE DE RESISTENCIA A CARGAS PUNTUALES 1 e (M Pal 1 !il,k iló,c!o.bo .!,o Re RESISTENCIA A LA COMPRESION (MPo) o,o!í'loki/ói/óíl, NUMERO SCHMIDT EH EXTREMADAMENTE GRANDE VH MUY GRANDE H GRANDE M MEDIO L PEOUEIIO VL MUY PEOUEIJO EL EXTREMADAMENTE PEQUEÑO Fig. 4.1 Procedimientos de excavación de rocas según índices de Franklin. Franklin da una correlación entre 15 y Re (Resistencia a compresión, el espaciamienlo entre fracturas o grado de agrietamiento, el índice RQD (Rock Quality Desiguation, índice de calidad conocido en mecánica de rocas) y el procedimiento de arranque, que se representan en la Fig. 4.1. . 1:-- AA ENI SCAS 2:-PIZ ARRAS 3:-GRANITOS ·,,.CALIZAS 5.-00 LOMIAS 6:-TACONtrAS 7.-CUARCUAS 100· 200 300. 'ºº so o &00 Tabla 4.5 Re. Resistencia a compresión de algunas rocas. MPa Se deduce de todo lo anterior, que cuando se lrala de rocas, la velocidad sísmica es un dato más de los que hay que considerar para utilizar excavadoras, traclores o voladura.
- 69. CLASE o 1 11 111 IV V VI VII VIII IX 4.10 DESCRIPCION DE SUELO/ ROCA RESISTENCIA ESPECIFICA A RESISTENCIA A LA EXCAVACION COMPRESION GENERAL EJEMPLOS KL(N / cm) KA(N/ cm1) {N / cm2) Material granular Carbones. minerales blandos, etc. Blando. suelo suelto y arenoso Arenas 100- 500 4- 13 300 Suelo relativamente denso Arenas arcillosas blandas: Grava media a fina; Arcillas blandas o húmedas 200- 650 12- 25 300- 800 Suelo denso Arenas arcillosas duras; Arcillas. Lignitos blandos; Grava dura 250-800 20- 38 800-1.000 Suelo muy denso Arcilla dura: Pizarra arcillosa; Carbón duro 400- 1.200 30- 50 l .000-1.500 Roca semisólida de baja Pizarra arcillosa; Arcilla muy dura; resistencia; Roca con bastantes Fosforita blanda; Caliza muy grietas blanda; Carbones 500- 1.600 5Q- 70 6,000 8,000 Roca semisólida relativamente Caliza blanda; Mármol: Yesos; 900-1.950 70- 200 2,000-3.000 dura. Roca con grietas Arenisca; Fosforita dura; Pizarra; 3,000 Carbón muy duro; Mineral muy 8,000 fracturado Roca sem,sólida dura; Suelos Caliza dura a extremadamente 1,400-2,600 180- 500 3.000- 6.000 helados duros; Rocas con algunas dura; Mármol; Yeso; Arenisca dura; grietas Mineral pesado con algunas grietas Rocas con pocas grietas Mineral pesado con pocas grietas 8.000 Roca prácticamente monolítica Mineral pesado y masivo 8,000 Tabla 4.6 Ensayos geomccánicos para evaluar la excavabilidad de las rocas mediante rotopalas. Resistencias especilicas KL y KA referidas respectivamente a 1 cm. de longitud del corte creado por un cincel y a 1 cm. del plano de rotura abierto sobre la muestra de roca. Fuente: O.K. - lngeoprcs, AbriJ 92. 4.7 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS. La selección deJ tipo de máquina para carga, depende de los materiales, así como de las circunstancias que concurren en la carga. - Las cargadoras necesitan materiales a granel y que no precisen excavación, tierras fácilmente excavables y cargables, rocas sueltas, etc., debiendo realizarse la carga en terreno firme con las de neumáticos y en terrenos encharcados o con barro con las de cadenas. - Las retroexcavadoras de cadenas pueden realizar su trabajo en terrenos difíciles, encharcados, con malos accesos y salidas (zanjas, barrancos) y con una base de trabajo irregular. También para aquellos trabajos que requieran gran altura de carga y corte , y donde el pavimento sea malo para los neumáticos. Las retroexcavadoras de neumáticos por su movilidad pueden considerarse más como urbanas y auxiliares. Las excavadoras de empuje frontal eléctricas pueden utilizarse cuando además de concurrir las condiciones anteriores, hay facilidad para utilizar una línea eléctrica. (Las grandes cargadoras exigen motores eléctricos y se necesita tender una línea: Minería, fábricas de cemento, ...). ( ( ( ( ( r ( ( ( ( (
- 70. 4.11 - Dragalinas; para el movimiento de materiales encharcados o fangosos, con frentes de trabajo blandos que no soportan el peso de las máquinas convencionales. MAQUINAS DE CARGA Máquina Tractor cadenas Retroexcavadora Traílla Cargadora Motoniveladora Dragalina UTI LIZACION_ CARGADORAS EXCAVADORAS EXCAVADORAS ELECTRICAS DRAGALINAS MATERIAL A GRANEL EXCAVACION FACIL ROCAS SUELTAS EXCAVACI ON DIFICIL ACCESOS Y BASE DE TRABAJO DEFICIENTES GRAN ALTURA DE CORTE Y CARGA MINERIA FABRICAS DE CEMENTO POSIBILIDAD DE TENDER LINEA MATERIALES CEGANOSOS Y ENCHARCADOS FRENTES DE TRABAJO BLANDOS Fig. 4.2 Resumen de máquinas de carga. Aplicación Alcance, observaciones Solo arranque y extendido ª 15 m Arranque y carga ª 10 m Corte + carga + acarreo + descarga + extendido ª 20 m Cargar Complemento de un equipo 3 - 5 ro Extendido-nivelación Mantenimiento de pistas ª 10 ro Arranque-dragado ª 30 ro Limpieza cauces en zonas Donde se hunden húmedas y blandas tractor y retros Tabla 4.7 Principales características de máquinas fundamentales en movimiento de tierras.
- 71. 4.12 4.8 ELECCION DE LA MAQUINARIA. Deben tenerse en cuenta como requisitos previos los siguientes: - Cumplir la producción requerida. - Que se adapte y sea ílexíble a las condiciones presentes y futuras de operación. - Que provoque una organi:t.ación lo menos costosa y complicada posible. - Que tenga una fiabilidad suficiente. - Que tenga asegurado por el fabricante, para un cierto tiempo de su vida, asistencia técnica y repuestos (Servicio postventa). CU M PL IR LA - PRO DUC CION REQUERIDA ADAPTACION A LAS CONDICIONES ADECUACION Y R EQ U E RI DAS FACTOR .... --- ACOPLAMIENTO ACOPLAMIENTO • 1 N' DE UN IDADES DE T RANSPORTE NECESARIAS - ... ORGAN I ZACION POCO COSTOSA (T IEMPO ESPERA MINIMOS) ELECCION Y COMPLICADA - DEL EQUIPO ~ FI ABILIDAD 1 ACEPTABLE AS E GURAMIENTO DE ,- LA CALIDAD SERVICIO - POST VENTA Fig. 4.3 Criterios particulares de elección de una máquina. En la elección de las máquinas es importante la nueva doctrina del Aseguramiento de la Calidad. Esto se refiere a que el fabricante haya coosegido por algún organismo (T.U.V., por ejemplo) la certificación de sus sistemas de calidad, de acuerdo a las exigencias de las normas U.N.E.. Esta certificación de calidad puede cubrir también otros aspectos muy necesarios para el usuario como son los servicios postventa. Los criterios económico-financieros para la elección de una máquina, pueden resumirse de la siguiente forma: ( ( ( r ( ( ( ( (
- 72. 4.13 POR PRODUCCION 13/h 6 t/h CRITERIOS GENERALES DE ECONOMICOS (POR COSTE) ptas/13 6 t ELECCION DE OHA MAQUINA COMPRA IHVERSIOM (ptas) LEASING AHORTIZACION (ptas/h) EroliOHIOO-FIHANCIEROS F!NANCIEROS ALQUILER SUBCONTRATACION DE LA UNIDAD DE OBRA Tabla 4.8 Criterios generales de elección de una máquina. 4.9 MECANIZACION DE UNA OBRA. En construcción de autovías se necesitan fuertes inversiones en maquinaria. Un e_jemplo de esto es la Autovía de Andalucía, un tramo de 49,628 Km., con un presupuesto de 22.500 millones de pesetas; la inversión del Contratista General en maquinaria [ué de 3.000 millones. Indice de mecanización de una obra= valor maquinaria en la obra obra ejecutada en 1 año Si la duración fue de 3 años, sale un índice del 40% y en 1,5 años del 20%, lo que quiere decir, que a menor duración se requiere más maquinaria para una mayor producción. En obras de carreteras, el índice tiende al 100%, considerando como maquinaria la del Contratista General y la de todos los subcontratistas. El índice de inversión de maquinaria de una empresa es la relación entre el valor anual de adquisición de maquinaria y la obra total anual. El índice de inversión de las nueve principales empresas del Seopan en todo el conjunto de obras varía entre el 3,6 y el 13,3%, de media 8% (Año 1991). Resulta decreciente con los años porque sólo considera la maquinaria propia, no la de los subcontratistas, y lo que evidencia es que cada vez se subcontrata más. Dos reglas elementales respecto a la maquinaria en la obra: · Las máquinas son siempre baratas para el trabajo que realizan si están bien elegidas. · Los nuevos modelos hacen obsoletos a los anteriores y antieconómicos de producción y disponibilidad. 4.10 LOS NEUMATJCOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS. Es importante la selecci(m de los neumáticos de las máquinas de acuerdo con las condiciones en que han de trabajar, para obtener un adecuado rendimiento.
- 73. 4.14 4.10.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTO. CAPACIDAD DE LOS NEUMATICOS PARA REALIZAR SU TRABAJO Fig. 4.4 ESFUERZO TRACTOR COEFICIENTE DE TRACCION RESISTENCIA A LA RODADURA PESO SOBRE LA LLANTA INFLADO HUELLA DE LA LLANTA DIBUJO TAMAAO El elemento sobre el cual se puede influir más directamente para variar el rendimienlo de los neumáticos es el inflado. Al variar la presión de inflado varía el área de la huella, la resistencia a la rodadura, la flotabilidad, etc. RENDIMIENTO DE NEUMATICO PRESION RESISTENCIA A LA RODADURA N• LONAS PLY Fig. 4.5 OIAMETRO BALON En general, en un terreno blando o arenoso se deben usar neumáticos de medidas mayores con la mínima presión de inflado, para que la presión unitaria sobre el terrreno sea la menos posible. 4.10.2 DURAClON Y FACTORES. La vida óptima de un neumático podría ser 5.000 horas o 80.000 Km (corresponde a una velocidad media de 16 Km/h) y la duración promedio de unas ruedas molrices e;:s de unas 3.000 horas. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 74. 4.15 1' GRADO DE CARGA PARA LA PRESION DE AIRE CON QUE SE TRABAJA FACTORES QUE INFLUYEN EN LA OURACION 2' VELOCIDAD DE MARCHA +----.J OE LOS NEUM,.TICOS CONCICIONES DE USO A. Presión del neumático (kg/cm2), en comparación con la especificada. B. Carga del neumático, en comparación con la especificada. C. Velocidad media (Km/h). D. Posición de la rueda. E. Clase de superficie de recorrido. 1,0 100% 100% 16 3' MANTENIMIENTO 4' CALIDAD ABRASIVA DEL MATERIAL Fig. 4.6 FACTOR A 0,9 0,8 90% 80% 110% 130% 24 32 Traseras Frontales Detracción arrastre en camiones basculantes Tierra Camino Grava blanda de grava angulosa OPERARIO COMPROBACION PERI O O I CAi N F LA O O APLICAR 0,7 0,6 75% 70% 150% -- 40 48 Detracción Mototraílla en camiones basculantes Grava Roca angulosa angulosa Tabla 4.9 Factores de reducción de la vida de los neumáticos. En la actualidad el tamaño de las grandes máquinas de movimiento de tierras está limitado en gran medida por la duración de los neumáticos, ya que suponen una parte importante del costo total de la máquina y su duración puede llegar a ser reducida si las condiciones de temperatura, velocidad, terreno, etc. son adversas, ya que se producen calentamientos excesivos que los deterioran muy rápidamente.
- 75. 4.16 4.10.3 DIBUJO. También es importante el dibujo de los neumáticos para su posterior comportamiento en el trabajo. DIBUJO DE LOS NEU MATICOS TERRENO BLANDO TERRENO FIRME TER RE NO ROCOSO TERRENO QUE SE HUNDE •• W De. IAIDW DI PULGADAS KCIIDAS DC. UVIU.TICO o A • 1 PICll'IL DEL Kl:1111.lrICO l Fig. 4.7 DIBUJO CON SURCOS PROFUNDOS ! DIBUJO POCO PROFUNDO CON SURCOS GRUESOS HU ELLA LISA Y LO MAYOR POSIBLE:> MINIMA PRESION UNITARIA SOBRE MINIMA PRESION EL TERRENO DE INFLADO Fig. 4.8 4.10.4 DENOMINACION. La denominación de un neumático se realiza de forma universal por dos números, (por ejemplo 24,00 x 25) expresados en pulgadas. El primero indica el diámetro del balón del neumático, mientras que el segundo expresa el diámetro de la llanta metálica de la rueda. ( ( ( ( ( ( r '( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( (
- 76. 4.17 4.10.5 CONCEPTO T.V.H. Es un criterio para comparar resultados de la vida de neumáticos fuera de carretera (off road), caso de dumpcres, traíllas, etc. T.V.H. representa toneladas medias transportadas x velocidad media x horas recorridas. (Toneladas x Km recorridos en su vida). Ejemplo: El camión A acarrea 35 t. a una velocidad media de 16 Km/h y se ban cambiado los neumáticos cada 3.000 horas. El camión B acarrea 35 L a 20 Km/h, y se cambian los neumáticos a las 2.500 horas. Camión A: T.V.H. = 35 x 16 x 3.000 = 1.680.000 t x Km Camión B: T.V.H. = 35 x 20 x 2.500 = 1.750.000 t x Km Luego, han dado mejor resultado los del B. Cada neumático tiene una cifra de fabricante de T.V.H., si las exigencias de trabajo son superiores, habrá que reducir velocidad, o carga, o usar neumáticos con mayor T.V.H. 4.11 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS. C. p_ 4.1 IJJfIDAD DE OBRA OORA OBRA llQUIPO BASICO CAPACIDAD POTKHCIA PRODOCCIOB DESBROCE DE 1 Tractor 3,7 111/ancho 215 HP TERRENO 1 Cargadora neumáticos 1 7 1113 1 180 HP 1.125 m 2/h 3 Caminones du111per 20 t 265 HP EXCAVACION EN 1 Tractor 8,68 m 3 285 HP TIERRA VEGETAL 2 cargadoras neumaticos 1 7 m 3 1 180 HP 240 m 3/h 6 Camiones dumper 20 t 265 HP EXCAVACION EN 2Cargadoras 5,4 m 3 375 HP Suelo 540m3 /h DESMONTE 2 Tractores 14,4 1113 400 HP Tránsito 460m3/h SOLOCIOH A 15 Camiones dUJllper 20 t 265 HP Roca 400m3/h EXCAVACION EN 2 Cargadoras 1,7 1113 265 HP suelo 250m3 /h DESMONTE 2 Tractores 8,68 m 3 285 HP Tránsito 210m3/h SOLUCION B 10 Camiones dunper 20 t 265 HP Roca 180m3/h
- 77. 4.18 ONIDAD DE OBRA OBRA OBRA EQUIPO BASICO CAPACIDAD POTENCIA PRODUCCIOH EXCAVACION EN 1 Tractor como empujador Peso 42 t 370 HP a 300 m DESMONTE 1 Tractor como escarificador Peso 55 t 520 HP 640 m 3/h SOLUCION c1 3 Mototraíllas Perfil 22 m 3 550 HP EXCAVACION EN 1 Tractor como empujador Peso 42 t 370 HP a 700 m DESMONTE 1 Tractor como escarificador Peso 55 t 520 HP 600 m 3/h SOLUCION c2 3 Mototraillas Perfil 22 m 3 550 HP EXCAVACION EN 1 Tractor como empujador Peso 42 t 370 HP a 1200 m DESMONTE 1 Tractor como escarificador Peso 55 t 520 HP 540 m 3/h SOLUCCION c3 4 Mototraíllas Perfil 22 m 3 550 HP EXCAVACION EN 1 Carro perforador hidráulico con martillo - en traza: 25 ml/h VOLADURA 2 Martillos perforadores de 30 kg 100 m 3 1 Compresor - en cantera: 180 m 3 EXCAVACION EN 2 Retroexcavadoras 3,8 m 3 360 HP 400 m 3 PRESTAMOS 15 Camiones bañera 18 m 3 Producciones en perfil. Conocido el volumen de cada actividad, en función del número de equipos que se preveen y de sus producciones, resultan los plazos de ejecución. La parte correspondiente a extendido y compactación se estudiará en el capítulo correspondiente. ( ( ' f ( ( ' ( l l (
- 78. 5.1 CAPJTULO 5 EXCAVACION Y EMPUJE EL TRACTOR DE CADENAS (DOZER) 5.1 TRACTORES. MODELOS Y CAMPO DE APLICACION. Los tractores son máqujnas especialmente diseñadas para e1ercer acciones de empuje o de tracción. Existen dos tipos: 1) Tractores sobre ruedas. Tienen velocidades de desplazamiento hasta 60 Km/h. Transmiten al suelo una presión específica de 0,35 MPa (3,5 Kg/cm 2) y con un esfuerzo de tracción disporuble en la barra de tiro de hasta 82.000 Kg. 2) Tractores sobre cadenas (dozer). Con velocidades máximas de desplazamiento de 15 Km/h transmiten al suelo presiones específicas de 0,04 MPa (0,4 Kg/cm 2) y según los modelos se alcan7An esfuerzos de tracción disporuble en la barra de tiro de hasta 110.000 Kg. En la fig. 5.1 se presenta un tractor sobre cadenas. Fig. 5.1 Tractor sobre cadenas con hoja frontal recta y escarificador (Bulldozer).
- 79. 5.2 En Estados Unidos se utilizan como empujadores grandes tractores de neumáticos de tracción total, mientras que en España los tractores de neumáticos, en pequeñas potencias, se emplean más en la agricultura e industria y en movimiento de tierras se adaptan mejor los modelos de orugas. En Obras Públicas los trabajos que realizan los tractores sobre ruedas son de carácter auxiliar, como remolcadores de cisternas, barredoras, etc. Un caso particular son los tractores agrícolas de tracción a las cuatro ruedas y grandes pesos (8.000kg) para remolcar traíllas de 5 m3· Por ello este capítulo se ocupa únicamente de los tractores sobre cadenas. Respecto a las aplicaciones hay que analizar: 5.1.1 RESPECTO AL TIPO DE TERRENO. En terrenos blandos y en rocosos son mejor las orugas que los neumáticos. En los primeros debido a que interesa una gran superficie de apoyo para que no se hunda y, también las orugas son ventajosas para que no exista deslizamiento y se tenga mayor tracción (se considera el peso total como peso de tracción). En los rocosos (pies de cantera, para limpieza de los mismos) los neumáticos se desgastan con mucha facilidad, (giros, aceleraciones) incidiendo con importancia en el costo del trabajo. Las ventajas de los tractores de cadenas se pueden sintetizar en: - Poca presión al terreno (0,4-0,8 Kg/cm 2). Los terrenos con agua tienen poca capacidad de soporte. - Grandes esfuerzos de tracción. - En general donde la adherencia de la máquina es importante (terrenos accidentados o con cierta pendiente). - En espacios pequeños y difíciles por su capacidad de maniobra. 5.1.2 COMO ELEMENTO DE TIRO (PULL) O DE EMPUJE (PUSH). Remolcando máquinas que no tengan tracción o suficiente potencia. Arrastre de traíllas, compactadores de neumáticos, rodillos vibratorios pesados. Tuvo mucha importancia como elemento de tiro, ahora menos por la tendencia que hay a máquinas autopropulsadas. Empuje de mototraíllas en la fase de carga. 5.1.3 RESPECTO AL EQUIPO DE TRABAJO. Es su principal actividad, no se concibe en Obras Públicas sin sus equipos de trabajo (los dos): Hoja de empuje recta (Bulldozer) y escarificador (ripper). Y otros que se utilizan con menos frecuencia: la barra de tiro y el cabrestante (Fig. 5.2). ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 80. 5.3 ~~J~~- 1,··- ~JU=__:d- ~, . lE7m:>· - -,_ - : . '::- - ,, --- - ' ..-.- -~-~~~~~ -:. ; ------- --.-~ ':.,- .. ~ ,,· G.b . Fig. 5.2 Barra de tiro y cabrestante. 1) Con hoja frontal recta (Bulldozer). Para excavaciones superficiales empujando el material excavado a distancias pequeñas, normalmente hasta 20 m y como máximo hasta 100 m. Aplicaciones: - Explanaciones en carreteras, aeropuertos. Excava y apila la tierra para que luego la cargadora cargue éste material ya suelto a los camiones ·para su transporte. - Limpie:za de monteras en canteras, limpieza del pie de la cantera después de la voladura. - Limpieza y desbroce de terrenos, destaconando y arrastre de bolos, apertura de caminos en selva, derribando árboles con hoja en forma de cuña. Para extendido de tierras, por ejemplo, un terraplén, para un paso superior en una carretera, en un trébol o cambio de sentido. Cuando el movimiento de tierras se hace con camiones, éstos descargan basculando y el bulldozer extiende; en presas de tierra lo mismo. Consigue una primera nivelación. Las máquinas más utifuadas en movimientos de tierra son las cargadoras ycamiones por su facilidad de subcontratación o alquiler. El bulldozer es entonces la máquina de excavación superficial, excavando, transportando y amontonando dentro del radio de acción de cargadoras y camiones. 2) Con escarificador. (ripper). Para fragmentar las rocas y preparar el terreno para su arranque mediante la boja empujadora del tractor. 5.2 EQUIPOS DE TRABAJO. El equipo de trabajo del tractor permite aprovechar su capacidad de empuje y tracción. 5.2.1 HOJA DE EMPUJE. Se trata de una hoja en la parte delantera del tractor, acoplada a éste mediante sistemas que permiten distintos movimientos de la hoja y por ello prestaciones ~erentes. Aparecen así dos tipos que caracterizan al tractor: Hoja recta (Bulldozer) y Hoja angulable (Angledocer).
- 81. 5.4 HOJA RECTA. MOVIMIENTOS. Se observa en la figura 5.3. La hoja de empuje (1) permanece perpendicular al eJe longitudinal del tractor. Está acoplada a la máquina mediante dos brazos de empuje (2) articulados exteriormente a los largueros (3) del bastidor del tren de rodaje por un extremo, y a la parle baja de la hoja por el otro. Una pareja de cilindros (5) suben y bajan la hoja (movimiento de elevación y descenso). Entre los brazos empujadores y la parte superior de la hoja están en un lateral un cilindro hidráulico (4) y en el otro colocado simétricamente un husillo graduable (6), cuya longitud se fija manualmente. Actuando sobre el cilindro (4) se consigue la variación de giro vertical (T), movimiento ªtiltª, desde la cabina (7). Cambiando la longitud del husillo citado anteriormente y actuando sobre el cilindro (4) se varía la inclinación de la hoja, movimiento ªtipª, que es menos frecuente (8). Opcionalmente se puede sustituir el husillo por un cilindro hidráulico, en cúyo caso el movimiento tip se efectúa desde el asiento. 1 6 3 T ,., : ' '' , ., ' --~,.... ----·- __... ... ·:::::- -_- ;,;. . ·~ ·-·. 7 -----~--- Fig. 5.3 Hoja de empuje recta (Bulldorer). 1 Esta co_ nfiguración permite acoplar varios tipos de hojas, según el trabajo que se pretenda realizar. Las hojas mas usadas son: - Hoja universal o en "U". Su forma peculiar, con sus extremos formando 252 con el eje de la hoja le permite disminuir los derrames laterales de material, ya que al avanzar el tractor, sus extremos en ángulo "recogen" el material que tiende a perderse por los lados de la hoja. Es la hoja de mayor capacidad y por ello la ideal para empujar materiales que no ofrezcan especiales dificultades. ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 82. 5.5 - Hoja recta. Carece de extremos en ángulo como la universal, lo que le resta capacidad en el transporte del material. Sin embargo da mejores resultados cuando el trabajo consiste en excavar terrenos difíciles o rocas, como en la apertura de caminos, etc. Es de menor tamaño. - Hoja semiuniversal. Se encuentra entre las dos anteriores en cuanto a forma y prestaciones. Hay una tendencia a ella en los grandes tractores. - Hoja amortiguada. Diseñada para empujar mototraíllas, etc. Suele ser mas pequeña que los otros tipos y está equipada con un refuerzo estructura denominado placa de empuje. La amortiguación de que está dotada hace posible que el tractor se acople como empujador con una mototraílla, estando ambas máquinas en marcha. En empuje de tierras no consigue los resultados que las hojas sin amortiguación. En la fig. 5.4 se representan las hojas más frecuentes dentro del tipo genérico llamado hoja recta: "u" RECTA SEMI "U" Fig. 5.4 Hojas rectas del Tractor sobre cadenas (Bulldozer). La hoja en forma de U es la de mayor capacidad, para trabajos menos fuertes. La hoja recta o plana es la de menor capacidad, para trabajos los más duros. La hoja semi U es la de capacidad intermedia, para todo tipo de condiciones. HOJA ANGULABLE. MOVIMIENTOS. El eje de la hoja angulable (Angledocer) puede adoptar posiciones fijas distintas a la transversal, con ángulos fijos a izquierda o derecha de 25°. Su acoplamiento a la máquina se consigue (Fig. 5.6) mediante dos brazos de empuje (2) solidarizados mediante un arco (3) en cuyo centro una rótula materializa la unión con la hoja (1). Los cilindros (5) igual que en el bulldozer, permiten el movimiento de elevación y descenso. En ambos extremos de la hoja hay un conjunto de un cilindro hidráulico (4) y una barra (6), la cual se puede colocar en tres posiciones distintas (7) manualmente, para el movimiento lateral de la hoja, como antes se explicó. Los movimientos "tilt" y "tip" se efectúan igual que en el bulldozer. Con este equipo la hoja empleada es del tipo denominado angulable. Es recta para no obstaculizar el flujo lateral del material que empuja, posee sección de curvatura adecuada para favorecer el volteo del material y con ello su salida por la derecha o izquierda, según esté orientada la hoja.
- 83. 5.6 ANGULA8LE Fig. 5.5 Hoja angulable. T + 1 Fig. 5.6 Tractor con hoja angulable (Angledozer). El tractor con hoja angulable (angledozer) por su configuración estructural presenta la hoja en posición muy adelantada lo que disminuye su esfuerzo de empuje frente al tractor con hoja recta (bulldozer). 5.2.2 ESCARIFICADOR (RIPPER). Está formado por un bastidor situado en la parte trasera del tractor, en el cual se fijan 1, 2, o 3 vástagos con dientes con un acoplamiento que permite cambiar su longitud. Mediante cilindros hidráulicos (5) que actúan sobre el bastidor, estos dientes descienden clavándose en el terreno y al ser arrastrados por el tractor producen profundos surcos, quebrantándolo y aflojándolo cuando éste es excesivamente duro o cohesivo para ser removido únicamente con la hoja frontal. El modelo que se utiliza en el tractor sobre cadenas es el de paralelogramo ajustable (Fig. 5.7.a y 5.7.b). ( ( ( ( ( ( r ( ( f ( ( ( ( ( ( (
- 84. 5.7 1 3 Fig. 5.7.a Fig. 5.7.b El ángulo de corte se varía durante la penetración meciante el cilindro hidráulico (1), que es uno de los dos lados del paralelogramo, que por consiguiente es variable hasta hacerlo coincidir con el ángulo que necesita el terreno. El vástago varía su longitud de voladizo, cambiando los taladros (2) de posición, de forma que sube más o menos respecto la placa o barra portavástagos (3), con objeto de que lo que quede después en voladizo (4) sea lo que va a penetrar en el terreno. Esto es importante para evitar que sufra esfuerzos que lo pueden romper. Hay que evitar esfuerzos transversales que también le perjudican, como por ejemplo, girar la máquina con el vástago introducido, o sea, el tractor debe avanzar siempre en línea recta. La Fig. 5.7.b muestra en planta los vástagos, aunque es más normal utilizar solamente el del medio. Fig. 5.8. Los vástagos están provistos de protectores recambiables (dientes). Fig. 5.8 Desgarrador gigante. Para seleccionar el equipo de escarificador adecuado hay que atender a tres factores principales: l. Presión descendente que se puede obtener en la punta del escarificador por medio del cilindro hidráulico; determina su penetración. 2. Potencia al volante del tractor. que determina si el tractor tiene potencia para avanzar con los dientes clavados en el suelo. 3. Peso del tractor, que determina si el tractor tendrá suficiente tracción para utilizar su potencia (Fmax = peso x factor de tracción).
- 85. 5.8 5.3 CICLO DE TRABAJO COMO EMPUJADOR. El trabajo del tractor con su hoja empujadora consta de 3 fases (Fig. 5.9): 1ª Fase. Excavación o arranque: El operador baja la hoja hasta que comience a clavarse en el terreno. El tractor continúa avanzando, disminuyendo su velocidad y aumentando su empuje, en 1ª velocidad, entre 2,5 y 3 Km/h (42 y 50 m/min.). 2ª Fase. Acarreo y apilado: El tractor continúa avanzando. El operador levanta la hoja para empujar y transportar el material ya excavado sin proseguir la excavación. Puede pasar a 2ª velocidad, pero invierte un tiempo en el cambio de velocidad y resulta mas conveniente en general mantener la 1ª velocidad. Después de acarrear, apila para lllla carga posterior por la cargadora. 3ª Fase. Retorno: El tractor se detiene, invierte la marcha y retrocede a mayor velocidad con la hoja levantada para reanudar el ciclo de trabajo. 3ª FASE RETORNO Fig. 5.9 Fases del trabajo con hoja empujadora. En el caso de usar el dispositivo angledozer el material excavado es empujado lateralmente y queda depositado formando UD cordón a UD costado de la parle excavada por el tractor. Su distancia de trabajo suele llegar a 60 u 80 metros. 5.4 CAPACIDAD DE LA HOJA DE EMPUJE. La hoja empujadora transporta el material y para ello es necesario UD esfuerzo que crece a medida que aumenta la capacidad de la hoja empleada. De aquí que sea necesario limitar la capacidad de la hoja de acuerdo con la potencia del tractor empleado y del material que se ( ( ( ( ( ( '( ( ( ( < ( (
- 86. 5.CJ pretende excavar o transportar. La capacidad de una hoja no se puede determinar exactamente, ya que las dimensiones del montón que se forma delante de la hoja dependen de las de la hoja, de su tipo y del talud en reposo del material que se empuja. El montón se pude asimilar a una cuña (Fig. 5.10), lo que da lugar al siguiente planteamiento teórico. Sea L la longitud de la hoja y H "u altura. Su capacidad Vs (material suelto) será: Vs Fig. 5.10 Forma teórica de la carga. Con lo que resulta la expresión teórica: V = 1 xHx H X L = - s 2 tg<x = 1 V5 =-xHxwxL 2 H w=-- tga 1 XL X H2 2 tga 1 XL X H2 2 tga donde a es el ángulo del talud en reposo del material. La tabla 5.1. muestra los valores de 1/(2xtga) para distintos materiales muy frecuentes en el movimiento de tierras. 1 MATERIAL 1 a 1 1/(2xtga) 1 Tierra común: - seca 20-452 1,36-0,50 - mojada 25-45º 1,00-0,50 - empapada 25-30º 1,00-0,86 Arena: - seca 20-30º 1,30-0,86 - húmeda 30-45º 0,86-0,50 - empapada 20-452 1,30-0,50 Grava 30-50º 0,86-0,42 Mezcla de arena y arcilla 20-35º 1,30-0,71 Tabla 5.1 Angulos de talud en reposo y factor 1/(2 x tga).
- 87. 5.10 Los valores de capacidad que se obtienen por este método solo tienen alcance teórico, puesto que en la práctica la forma del montón que se forma delante de la hoja es similar a la que muestran las siguientes figuras; 5.11, 5.12, 5.13, 5.14. Fig. 5.11 Forma real del cúmulo (montón) durante el empuje en una hoja recta. Fig. 5.13 Cúmulo de material en hoja angulable. Fig. 5.12 Material delante de una hoja recta tipo "U"de gran capacidad. Fig. 5.14 Salida material en una hoja angulable. En la tablas 5.3, 5.4 y 5.5 figuran características de varios modelos de fabricantes de tractores sobre cadenas (Dozers) con las capacidades de sus hojas. La capacidad de la hoja viene dada por la expresión: C = K X L x H2 VALORES DE K: (La norma S.A.E. da 0,75) HOJA Cat Komatsu Fiat-Hitachi Semiuniversal 0,8 0,75 1 Universal 0,9 0,75 1 Recta 0,75 0,75 1 Tabla 5.2 PARAMETROS CAT KOMATSU FIAT-HITACHI D-4H D-5H D-58-1 FD-145 Potencia (KW) 70 97 97 94 Peso (t) 10 14 11 15 Longitud hoja (m) 2,60 3,16 3 3,59 ( ( ( ( ( r ' ( ( ( ( ( ( ( (
- 88. 5.11 PARAMETROS CAT KOMATSU FIAT-HITACHI D-4H D-5H D-58-1 FD-145 Altura hoja (m) 1,1 1,1 0,9 1,1 Capacidad (m3) 2,59 4,28 3,47 3,15 Tabla 5.3 Características de varios modelos de tractores de tamaño pequeño. Los tractores pequeños üenen utilidad en ensanches en sitios reducidos para extendido de tierras y también fragmentación por su peso de suelos con bolos, etc. PARAMETROS CAT KOM FI-HI CAT KOM FI-HI D-6H D-65 FD-175 D-7H D-85 FD-20 Potencia (KW) 123 135 123 160 168 212 Peso (t) 19 15 18 27 24 28 Longitud hoja (m) 3,67 4 3,43 3,69 3,78 3,6 Altura hoja (m) 1,4 1,1 1,35 1,52 1,52 1,35 Capacidad (m 3) 5,61 4,8 5,1 6,68 7,73 5,5 Tabla 5.4 Características de varios modelos de tractores medianos. PARAMETROS CATERPILLAR KOMATSU FI-HI D8N D9N DlON DllN D135 0355 D375 D475 FD-175 Potencia (KW) 212 276 338 575 213 306 391 574 257 Peso (t) 41 47 64 104 30 46 57 87 37 Longitud hoja (m) 3,94 4,32 4,86 5,6 4,13 4,31 4,70 5,26 4 Altura hoja (m) 11,69 1,65 2,05 2,31 1,69 1,87 2,19 2,61 1,65 Capacidad (m 3) 8,68 11,9 17,2 25,6 11,8 15,1 22,5 35,8 8,7 Tabla 5.5 Características de varios modelos de tractores grandes con escarificador. 5.5 DISTANCIAS DE EXCAVACIÓN Y DE EMPUJE. Hay dos reglas prácticas importantes: 1) El bulldozer utiliza una técnica de arranque o corte, no de transporte.
- 89. 5.12 2) Deben conseguirse llenados totales de la hoja con el máximo esfuer.w posible de la máquina y en el mínimo tiempo posible. Esto se consigue arrancando capas tan gruesas como sea posible en función de las distancias de recorrido del tractor y dando por terminado el arranque cuando la hoja esté llena. Para una hoja empujadora determinada y un tipo de terreno, a cada profundidad de excavación le corresponde una "distancia de llenado". Sean: VL = Capacidad de la hoja (m 3), (C) Fw = Factor de esponjamiento K = coeficiente del tipo de hoja H = Altura de la hoja L = Longitud de la hoja h = profundidad de excavación dLL= distancia de llenado De acuerdo con la figura 5.15 se tendrá: Por otra parte C = V5 = K X L x H 2 Con lo que queda: Fig. 5.15 Distancia de llenado. e = Fw X h X K X H2 = Fw X h ó Se llama distancia de empuje a la de excavación más la que recorre el bulldozer transportando el material, sin excavar en el terreno. Como resulta que después de que la hoja esté llena, y durante el transporte va perdiendo material, es más rentable y consume menos gasoil si arranca el material durante todo el recorrido a realizar, o sea, excavación + acarreo. Por tanto, la profundidad de excavación será: h distancia total a recorrer. Fw x C / (d x L) siendo "d" la La distancia de empuje depende del tipo de material, pendientes, etc., factores externos a la máquina, por lo que cualquier cifra que se de resultaría errónea al aplicarla a un caso concreto. Sin embargo, por comparación con otras máquinas -mototraillas, palas cargadoras de r ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (.
- 90. 5.13 ruedas- puede decirse como regla general que a partir de los 80 metros de distancia de empuje el Bulldozer deja de ser rentable. De cualquier modo, su producción disminuye bastante aún en distancias menores como puede verse en el apartado siguiente. 5.6 PRODUCCION DEL BULLDOZER. La producción del bulldozer depende fundamentalmente de su potencia y de la distancia que hay que empujar el material hasta depositarlo en el lugar deseado. Puede calcularse por dos procedimientos: Utilizando las gráficas de producción máxima teórica que dan los fabricantes para los modelos de tractores, o bien por el método general de calcular la producción y el tiempo de cada ciclo de trabajo. Se explican a continuación. 5.6.1 PRODUCCION DEL BULLDOZER MEDIANTE GRAFICAS DE PRODUCCIONES MAXIMOS TEORICAS. Presentan en abcisas la distancia de empuje, en ordenadas los m3/ h de material suelto, y una familia de curvas en la que el parámetro es la potencia del tractor. Cada gráfica corresponde a un tipo de hoja. La tabla 5.6 presenta una gráfica de Catepillar con hoja semiuniversal y la tabla 5.7 otra gráfica de Komatsu para hoja recta. 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 o '1 1 1 -..- B 1 ' - 1 1 1 >-- e ' .. - 11 1 . >- 1 ' o . '" " ' - ,, " -E·, "" - " '. ' - ' - - l Semlunlversal " ''' ' "'- ..... " I',,. " .... ...... - ' ... - - '- - --- - - - 1 1 - e - o ~ - 1 1 A e - l=t= 1 1 1 Clave: A-0 11ti B- 0 1QN C- 0 9i'! D - 08N E -071-1 t__, O 15 30 45 80 75 90 105 120 135 150 195 180 195 MEIBOS Tabla 5.6 Producciones teóricas Bulldozers CAT con hoja semiuniversal SU Los valores de producción que se obtienen de estas gráficas corresponden a la situación ideal siguiente:
- 91. 5.14 - Utilización 60 minutos/hora. - Habilidad y motivación del operador buenas. - Material sin djficultades de excavación y empuje. - Terreno horizontal. - No se utilizan técnjcas que reduzcan los derrames laterales en la boja. m 1S!hr 2600 0475A 2400 . 2200 2000 1800 1600 ~ I 0375A ' l 1 1400 0355( ' 1200 1000 015;~ OllSII 1 800 600 400 s,m1- UI 1 085A ~ " D83E f-"'- ~ ' ~ 200 Hojas Rectas 1 ", ,,"'.... ........ I'--- ...... r--..:r-.- -r---. i::,... r-- ¡--::::::: r---. ~ t:--- e-- ¡::.::::::; -r--- OO 15 )O 45 60 75 90 105 120 135 150 ,65 180 195 Tabla 5.7 Producciones teóricas de ·Bulldozers Komatsu con hoja recta. Como estas condiciones no son habituales es preciso aplicar a la producción teórica, dada por la gráfica corresponwente, los siguientes factores: teóricas. fh = factor de eficiencia horaria f0 = factor de habilidad y motivación del operario. fu.= factor de llenado de la hoja (blade factor). fP = factor de penruente del terreno. fm = factor del método de trabajo. El tipo de hoja se tiene en cuenta a la hora de escoger la gráfica de producciones Los valores de fh se encuentran en el capítulo 3. El factor de habilidad y motivación del operario está en la tabla 5.8. El factor de llenado de la hoja (blade factor) tiene sus valores en la tabla 5.9. El factor de penwente está en el gráfico de la tabla 5.10. ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ' ( ( '{ ( ( ( (
- 92. 1 5.15 1 CONDICIONES DE TRABAJO fo Optimas Buenas Normales OPERADOR - Excelente 1,00 0,95 0,80 - Muy bueno 0,90 0,80 0,75 - Normal 0,80 0,75 0,65 - Inexperto 0,60 0,50 0,45 Tabla 5.8 Factor de habilidad y motivación (fO ) 1 TIPO DE MATERIAL 11 Material suelto, grava en montones 1,25 Tierra franca y homogénea 1,10 Material Material Material duro, difícil de cortar 0,90 muy suelto, arena 0,80 pegajoso, arcilla muy húmeda 0,80 Tabla 5.9 Factor de llenado (ftL). 'Yo de pendiente vs. el factor de empuje ( - ) Cuesta abajo 0.2 0.4 0.6 o.e 1,0 1,2 ,., 1.6 1,8 1- - - V ( +) Cuesla arriba ./ .,,,v .....'' V V V 1 1 1 1 -30 -20 - to o 10 20 30 % de PendlentP fLL a 1,10 a 0,95 a 0,80 a 0,75 a 0,70 Tabla 5.10 Factor de pendiente (fp). Fuea,e CAT Difíciles 0,70 0,65 0,50 0,40 l Como se verá más adelante algunas técnicas de excavación y empuje permiten aumentar la producción. Así, hay que afectar a la producción teórica, de un coeficiente que refleje este hecho. Este es el factor de método de trabajo (Tabla 5.11).
- 93. 5.16 METODO DE TRABAJO fm Normal 1,00 Empuje en zanja 1,20 Empuje de dos tractores en paralelo 1,15 - 1,25 Tabla 5.11 Factor del método de trabajo (fm)- Teniendo en cuenta lo anterior la producción será: R' = Producción real (material suelto) R = Producción teórica según 1a gráfica (materia] suelto) fh = Factor de eficiencia horaria. fO = Factor de habilidad y motivación del operador fu= Factor de llenado de la hoja (blade factor) fP = Factor de pendiente del terreno. fm = Factor del método de trabajo. 5.6.2 PRODUCCION DEL BULLDOZER MEDIANTE LA DURACION DEL CICLO Y SU PRODUCCION. Se calcula según se explicó en el capítulo 3, teniendo en cuenta que : - La producción por ciclo es la correspondiente a la capacidad de la hoja, que de no tener datos prácticos se puede tomar como se explicó en 5.4, VL = K x L x H2 o bien medirla experimentaJmente tomando las medidas del montón con una cinta métrica. FASE OPERACION VELOCIDAD (Km/h) 1ª y 2ª Excavación y acarreo 2;5 - 4 3a Retroceso 6 - 10 Tabla 5.12 Velocidades del bulldozer en empuje. 5.7 TECNICAS DE EXCAVACION Y EMPUJE. La eficacia de un bulJdozer en una obra determinada depende de su producción horaria, y por ello de la forma en que se organicen sus trabajos y las técnicas empleadas. ( ( '( ' ( ( ' ( ( ( ( ( ( ( (
- 94. 5.17 - En excavaciones en tierras duras, si la hoja no penetra, se puede recurnr a cortar sólo con una parte de la hoja, desistiendo de cortar en toda su longitud (cortes escalonados Fig. 5.16), o bien se inclina una esquina de la hoja (movimiento "tilt"), representado en la Fig. 5.17. En cada caso habrá que tantear el sistema más productivo. Fig. 5.16 Cortes escalonados. Fig. 5.17 Movimiento "tilt". - También se pueden dar unas pasadas con el escarificador, lo que facilita el corte de la hoja. - Cuando el suelo a levantar es muy plástico (arcillas, limos pegajosos) se acentúa el efecto de empuje del material en la cuchilla de la hoja, y en sentido descendente; de no ajustar perfectamente los mandos de profundidad, la hoja penetra más en unas zonas que en otras, dejando una excavación irregular en el sentido de la marcha. - Siempre que sea posible hay que procurar trabajar a favor de la pendiente. - Es frecuente en el trabajo de excavación que aparezcan tocones, rocas difíciles, etc. Para arrancarlos se combina el efecto de empuje del tractor con el de ascenso de la hoja. La Fig. 5.18 muestra el derribo de un árbol, en que se ha construido una pequeña rampa para aumentar la altura del empuje, puesto que no trabaja con la hoja levantada. En trabajos a media ladera (explanaciones de carreteras) si la pendiente transversal es menor de 30Qse puede iniciar la excavación con una pasada que vaya apartando el material ladera abajo,con lo que se va creando Fig. 5.18 Arranque de un árbol. un apoyo para mejorar la estabilidad en la siguiente pasada. El angledozer es especialmente adecuado para esta tarea (Fig. 5.20) pero se suele utilizar el bulldozer valiéndose del movimiento "tilt" como se indicó anteriormente.
- 95. 5.18 Fig 5.19 Trabajo del Bulldozer, movimiento "tilt". Fig 5.20 Trabajo del "Angledozer". - En movimiento de tierras el angledozer está en desuso, pero en explotaciones forestales: caminos y vías de saca de troncos es más útil que el bulldozer. - En trabajos de empuje directo se puede dejar el material formando un terraplén, para su posterior carga con otro equipo, organizando el trabajo según el esquema de la Fig. 5.21. Fig. 5.21 Esquemas del empuje directo. - Durante el empuje el material tiende a salirse por los extremos de la hoja. Esas pérdidas pueden disminuirse mediante el trabajo en z.anja o el de dos bulldozer juntos. El método en zanja (Fig. 5.22) consiste en excavar repetidas veces por Ja misma trayectoria de manera que los bordes formados eviten que el material se salga de la hoja. El montón central debe ser tal que se pueda llevar en la última pasada. Fig. 5.22 Método de trabajo en zanJa. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 96. 5.19 El método de dos bulldozers en paralelo (Fig. 5.23) evita que se salga material Fig. 5.23 Método en paralelo. por el espacio que queda entre ellos y también, el tamaño del cúmulo que se forma delante de ellos, es mayor del doble que para uno solo. Es interesante en recorridos largos. - Cuando sea preciso formar un montón hay que procurar empujar menos material cuesta arriba, con montones sucesivos 1, 2, 3, 4, 5, 6. Mientras hace el montón 6, la pala carga el 1 y el 4. ~~ - 6 3 2 1 ~---- ~ ; , ¡ Fig. 5.24 Formación de montones. - Si se trata de extender el material depositado por camiones, se utilizan tractores medianos, de unas 20 t. de peso, proporcionando su tamaño a los m3 descargados. 5.8 ESCARIFICABILIDAD DE UN TERRENO. Las excavaciones superficiales, entendiendo como tales las realizadas a ras del suelo o terreno, pueden ser realizadas por bulldozers y traíllas. El bulldozer puede excavar sin necesidad de escarificado previo, cuando se trata de tierras en general, o con escarificado previo si el suelo es ya roca. Cuando las tierras son muy duras para las traillas, también se sueltan escarificando con tractor. En terreno no escarificable, hay que recurrir a la voladura, carga con cargadoras o retros y acarreo con camiones. La posibilidad de escarificar un terreno se suele estimar mediante la obtención de las velocidades de propagación de unas ondas sísmicas. Este método se llama análisis sísmico y está ligado a otros factores como se vió en el Capítulo 4. Las ondas sísmicas se provocan golpeando con un martillo una placa de acero situada en el suelo (Fig. 5.25.a) o con una pequeña cantidad de explosivo se produce un seismo artificial (Fig. 5.25.b).
- 97. A ~-- 8 e V, V Fig. 5.25.a Propagación de ondas sísmicas por refracción 5.20 A Fig. 5.25.b Ondas esféricas producidas por carga explosiva. Estas ondas se transmiten por el suelo y al encontrar distintas superficies que separan las distintas capas se reflejan y refractan según las leyes del movimiento ondulatorio y llegan a la superficie en distintos tiempos de milisegundos transcurridos, donde son recogidos por los geófonos, situados a distintas distancias. El aparato registrador o sismógrafo permite en un sólo registro recoger, por medio de varios canales, las señales de los distintos geófonos. Conocidas las distancias de los geófonos a la fuente y los tiempos, se calculan por cociente las velocidades. A partir de ciertas distancias se observa que la velocidad varía. Se debe a que la onda viaja por estratos mas profundos y más densos, con lo que la velocidad ha aumentado. Los resultados prácticos que se obtienen son la profundidad de los distintos estratos y sus pendientes. Una velocidad sísmica es una media de las correspondientes a los distintos materiales que encuentra, tamaño de las masas rocosas que atraviesa y suelos intersticiales, consolidaciones, durezas, de forma que constituye un excelente índice de referencia de las dificultades que se van a encontrar para la escarificación o excavación con medios mecánicos. En un estrato se pueden encontrar rocas de 6000 m/s, suelos de 300 m/s, y obtener, por ejemplo, una media de 1000 m/s, que es atacable por excavadoras y escarificable en el caso de utilizar traíllas. La figura 5.26 presenta una gráfica para estimar el método de excavación adecuado, en función de las características mecánicas de la roca y la distancia entre fracturas, que debe valorarse conjuntamente con la tabla 4.4 del Capítulo 4. La tabla 5.3 determina el tipo de tractor en función de una valoración total de parámetros. ( ( ( ( ( ( ( I ( ( ( (
- 98. ~ ~ ~ j !~ ! iS .. ~ 1 EH Y()LAl)(JqA VH •.. VOLAOURA Of ESPONJAMIENTO o,, (PREVOL AOURAI M º·ºª o.oz EXCAVAQON "' o.OOCI I VL ll 11-i E~ op, . 0,1 a,s a .o INOQ CE RCSISTCNaA A CARGOS PVH1'.IAUS l.(MN/rii-J ¡ 1 6 ¡¡ E & í&::í .b,., RES1$ITNCIA. A LA COMPRfSJ()H (MPl:)J ._ m ¡¿; =«I IO -lb NVMEAO SOMOT Fig. 5.26 5.21 CLASES PAAAIHTAOS 1 REStSTENCtA A < 2 lRACCION (MP•I V•!Of1d6n O- < GRADO DI! ALTERACION Ccmpl•to Valoración o. • ORADO O! Al'lflASMOAD Muye.Jo V1loraelón o. • E9PACIAMIENTO ENTRE < 0,0& DISCONTINUIOADE! fmJ Valoraclón 0 · 10 YALORACIOH TOTAL < .. RIPAl!IILIOAO fodl TRACTOR Ninguno • Ou• 1 AECOM(NOAOO Uge,o POTENCIA ll<W) < 100 PESO (q <"" DE MACIZOS ROCOSOS 2 :1 • •·. 8 · 10 10 · 15 ... 8 - 12 12 • 18 NIO Mode,ado Ugoro .'. • • 12 12· HS e.Jo Mod...cto NIO ... e . 12 12 · 19 o.os ·0,3 0,3 • 1 1 '. 10 • 20 ,o . 30 30. 40 ..... ..... ..... Moderado Dfldl M.vglnlil ºª"" 2 CIIIIM J One4 Mod1o Poaado MuyPwaado ,ro- 2!50 ,00.350 > = 25 ,35 35 · .. > .. ' Tabla 5.13 5.9 DESGARRAMIENTO ECONÓMICO. Hay muchas opiniones sobre cual es el límite entre realizar escarificación o voladura. Se puede señalar: VELOCIDAD SISMICA (m/s) ESCARIFICACION V < 1000 Arranque con excavadora V < 2000 SI V > 2400 NO 2000 < V < 2400 Zona marginable Tabla 5.14 - Las lecturas de los geófonos deben seguirse con pruebas reales de escarificado, ya que la producción puede variar en relación de 1 a 2 para una misma velocidad sísmica, según la naturaleza y disposición de los estratos. - Teniendo en cuenta que en la operacton de escarificado los tractores sufren mucho, interesa utilizarlos sólo cuando la producción es importante o hay problemas ambientales. La proximidad de edificios no es problema técnico, porque en las voladuras controladas no hay peligro, pero se plantean dificultades de tipo político. - En terrenos marginables, los límites de rentabilidad están en los 200 m3/h., si estos no los supera, hay que ir a voladuras, aunque puede escarificarse si los volúmenes parciales no son importantes. - Si en una traza aparecen alternancias de rocas no escarificables y otras que si lo son, no interesa utilizar el bulldozer para escarificar y es más rentable la voladura, es decir que el trabajo de escarificado requiere continuidad y sistematización, lo cual por otra parte es una • > 15 U5 • 20 Nvlo 11 - 20 Em-oma 1e . 20 >. 40 . ,o > .. ~edU(U Oatt5 - - -
- 99. 5.22 regla general en construcción de Obras Públicas. - Según Ja clasificación de las rocas hay mayor o menor facilidad para la escarificación. La Tabla 5.15 relaciona la estratificación. Clasificación Ejemplos típicos Estratificación Posibilidad de las rocas y laminación escarificación Igneas o Granitos, basalto No, sino están sedimentarias V: 3000 - 5000 m/s NO descompuestos Metamórficas Gneis, pizarras, cuarzo, esquistos SI Depende de las V: 3000 - 6000 m/s laminaciones Sedimentarias Areniscas, calizas, esquistos, conglomerados SI, HUCHO Los más V: 2000 - 6000 m/s fáciles Tabla 5.15 Clasificación de las rocas y su escarificabilidad (V=velocidad sísmica). Las velocidades sísmicas de los suelos bajan mucho. Tierra vegetal superior 200 - 800 m/s Arcilla 500 - 2300 m/s Limo Suelo arenoso Marga Grava 500 - 2000 m/s 200 - 2500 m/s 200 - 700 m/s 500 - 2600 m/s Tabla 5.16 Velocidades sísmicas de suelos. ESCARIFICACIÓN EN ROCAS DIFICULTAD FACILIDAD Aparienciad de roca sólida. Fracturas, fallas, meteorización. Falla de estrato. Baja resistencia a compresión. Laminaciones > 30 cm. Estratos capas delgadas. Textura no cristalina, (no quebradiza), grano fino. Grano grueso. Arcillas con humedad, elásticas o flexibles. Tabla 5.17 Aspecto de las rocas y su escarificabilidad. r r ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( { ( ( (
- 100. 5.21 En escarificación se usan los mayores tractores posibles que son más rentables por mayor producción, menos desgate y averías. El mínimo podría estar en las 45 t. Cada tractor tiene su campo de utilización de materiales escarificables en función de su peso. Los fabricantes dan para cada modelo de tractor una tabla de sus posibilidades, tomando como referencia la velocidad sísmica, Tabla 5.18. Velocidad Sismica Metros por segundo x 1000 º 011N 010N 09N D8L WLCANICAS GRANITO 9,ISIJ.TO AOCA.S TAAPEAIUS ROCAS SEDIMENTARIAS "''"' CIU1,l ROCAS METAMORFICAS ~=~ TIERRA VEGETAL ARCILLA MORENA GLACIA L ROCAS WLCANIOO GOANITO "'5AlT0 AOCAS """-'AAS ROCAS SEDIMENMIAS AAENJSCA LIMO COMSOI.IW>O PfE®AIICl.l.OSA """"""'"""' ""'°" l'AI.Olf Al~CALIZA ROCAS METAMORFlOO ·-- - , IIERRA VEGETAL A RCILLA MORENA GLACIAL ROc.e.s WLCANIOO """"º "'''"º , CIIXJ..S TfWllAMA.S . ROCAS SEDIMENTARIAS .IIRfNrSCA l™O COHSOllDAOO PIEDAA AACIUOS-' COOGU)M(RAOO s~mu. ti&UCH[ 'IEOAACAlllA R0c.e.s METAMORFIOO ESOUISTOS , , _ ~ -- TIERRA VEGETAL ARCILLA MORENA .ULACIAL ROCAS Wl.CANICAS GIANIT0 "'5AlT0 AOCAS IRAPtAHAS ROCAS SEDIMENTARIAS Esot,STO ........,. LMJQ)NS()U)AOO P'llDMARCUpsA .,__,...,., - l'AI.IDI( P!EOAA. CAllZA ROCAS METAMORFlCAS ·-- Tabla 5.18 Velocidades sísmicas de distintas rocas y tractores adecuados. DESGARRABLE - MARGINAL
- 101. 5.24 A partir de un peso mínimo de 47 t. se observa poca diferencia entre las velocidades sísmicas para los distintos modelos de tractores, siendo lo más importante la variación de producción, ya que en los modelos mayores penetra más el desgarrador. Por otra parte, en los proyectos, la roca como voladura tiene un precio en volúmenes importantes alrededor de 425 ptas/m 3 y el escarificado otro, alrededor de 70 ptas/m 3, por lo que el contratista cuando la velocidad sísmica es elevada y la producción baja prefiere la voladura, pero a su precio, y la Administración no acepta por considerar que es escariiicable. Hay pues una problemática entre producción y coste. La Fig. 5.27 presenta el aspecto de las curvas de producción y costes en función de la velocidad sísmica. -~ "' C1 1.,00 o < 111 < "' ... ~ 1.000 < "' o :i:. "' o .. 'ºº ~ 8 ;:, ' CJRVA DE PRODUCCION OJII.VA DE C i 1 1 1 80 <o ...... -~ 80 <"' != ::, "' CI < "' o:, "'ª 8::,< CI..J <>-º o..::,> ¡;¡::i¡o < "' ::, o < ..J o > CI o .. ... OJ._____:;::=:=:!=:::::::::,=±.::-=:::i:==::i::..::;:::..::l=-=.~o o l.l>OO ,.soo t.000 t. •oo Vl:l..OCIDAD DE LA ONDA SISMICA !meuo&1...-dol < "' .. o .. o ~ "' .. o "' .. 8 Fig. 5.27 Curva de producción y coste según velocidad sísmica. Fuenle ESCARIO 5.10 PRODUCCION DE ESCARIFICACION. La producción depende de la velocidad sísmica del terreno que se va a ripar y de la potencia del tractor que se emplea. Varía además en cada caso concreto, en función del distanciamiento entre diaclasas, estratificación, etc. ~ COllOICIOl"-H f ,,-,o I ""m" ; D10N CON UN VASTAGO 3.000 ' 2 :?SO ~2000 , m~ ' -- -'l--+-----t--t- z25,0_ ~11so 1=-----1- ~--'--'-:I~ 1 :~- L:z'50 '::~- '_ , 000 '000 - ~!O .... ~_:____j___:__ _ ~_ __, 011N CON UN VASTAGO ! e-, OClfflilS ,=--e---------'-~·-,= . ',.- !---,-__,.~----'-·so ~ ; , 'º VELOCIDAD DE LAS ONDAS $!$MICAS (en metros por segundo x 1 000) Fig. 5.28. Producciones del escarificador. Tré'.ctores D-lON y D-llN de CAT ( ( ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( r ( ( ( ( (
- 102. 5.25 En cada caso habrán de realizarse pruebas "in situ" para valorar con mayor prec1s1on la dificultad de escarificado. Pueden tomarse como punto de partida las gráficas de la Fig. 5.28 que corresponden a los tractores D-10 y D-11 de Catepillar u otros modelos de potencia similar aunque como se ve en las gráficas, las producciones pueden variar de 1 a 2,5. Las gráficas dan la producción del escarificador en material suelto. 5.11 TRABAJO COMBINADO DE ESCARIFICACION Y EMPUJE. Consiste en que, en una parte de la hora, el tractor escarifica de forma continua, y cuando tiene ya todo ese material escarificado, entonces el resto de la hora lo dedica a empujarlo como bulldozer. La producción en la fase de empuje · puede calcularse por las gráficas tal y como se explicó en el apartado 5.6. Sin embargo es más conveniente calcular la producción por ciclo y la duración del mismo, tanto en el trabajo de escarificación como en el de empuje. A tal efecto se da las velocidades mas frecuentes en estos trabajos, en la tabla 5.19. TRABAJO VELOCIDAD (Km/h) Escarificación (1ª velocidad) - avance 1,5 - 2,0 - retroceso 2,0 - 6,0 Empuje - avance 2,0 - 2,5 - retroceso 2,0 - 6,0 Tabla 5.19 Velocidades en el trabajo combinado de escarificación y empuje. Las velocidades de trabajo y maniobra (retroceso) dependen de las velocidades sísmicas y distancias de recorrido; éstas no suelen ser inferiores a 30 metros. Las velocidades son crecientes con las distancias e inversamente con velocidades sísmicas. Se tienen que realizar pruebas con distintas profundidades y cronometrar tiempos de ciclos. Sean: - Pb la producción horaria del tractor como empujador, y P. la producción horaria en el trabajo de escarificación, que se consideran conocidas por alguno de los procedimientos explicados. - tb el tiempo dedicado al empuje en cada hora de trabajo y t0 el tiempo dedicado a la escarificación en cada hora de trabajo. - X = producción desconocida en escarificación durante un el tiempo t0 - X = producción desconocida en empuje durante el tiempo Íb
- 103. 5.26 Nótese que ambas producciones se han designado con la letra ''X" porque el volumen escarificado es el que hay que empujar. t, y lb son fracciones de una hora y ambas suman una hora: te + tb = 1 Se tendrá para la producción en escarificación: Análogamente para la producción en empuje: Eliminando X se obtiene pb tE = pb + pe Resultando para la producción Obsérvese que si PO > Pb entonces te < tb y viceversa. 5.12 UTILIZACIÓN DEL TRACTOR DE CADENAS EN COMPARACIÓN CON LA EXCAVADORA HIDRÁULICA. El desarrollo actual de las retroexcavadoras hidráulicas es tal, en su fuerza de arranque, que están desplazando al tractor de cadenas en trabajos de excavación. Este se utiliza sobre todo cuando el terreno no es excavable por la excavadora hidráulica y se requiere por consiguiente la utilización del escarificador, o por cuestiones de humectación (ver C.P. 5.3). Por otra parte se necesitan dos máquinas y dos maquinistas (tractor + cargadora) contra una sola máquina (excavadora). La excavadora no se desplaza durante el trabajo, sólo gira y su consumo es más económico siendo muy alta su producción. La Tabla 5.20 argumenta que en la excavación se utiliza el tractor cuando no se puede hacer de otra manera. MAQUINA MOVIMIENTO %PESO MAQUINA CONSUMO GASOIL MANTENIMIENTO YAVERIAS Excavadora Brazo, pluma y cazo 30 % Menor Menor Bulldozer Toda la máquina 100 % Mayor Mayor Tabla 5.20 Comparación entre Excavadora y Tractor de cadenas (Bulldozer). ( ( ( 'r ( ( ( ( (
- 104. 5.27 5.13 UTILIZACIÓN EN COMPARACIÓN CON LA MOTONIVELADORA. En extendido de capas intermedias de terraplenes tiene ventaja sobre la motoniveladora porque ataca de una sóla pasada el montón que descarga el camión, mientras que la motoniveladora tiene que dar varias pasadas para extenderlo. En éste caso un tractor de 20 t. es suficiente. En pedraplenes, materiales difíciles o vertederos, tiene que utilizarse el bulldozer. 5.14 UTILIZACIONES DEL TRACTOR DE CADENAS SEGUN TIPOS DE OBRAS. En líneas generales las siguientes: CARRETERAS EXCAVACION EXTENDIDO DESBROCE V. sismiva<lO00 V> 1000 Pedraplenes. Muy útil, la retro Desplazado por retro Escarificación Tierras: desplazado tiene que desplazarse por motoniveladora continuamente. OBRAS HIDRAOLICAS CAMINOS DE .MONTAÑA Extendido terrenos fangosos. Excavación a media ladera con hoja angulable Terrenos poca capacidad portante. mejor que con hoja recta. Motoniveladora: no. OTROS Canteras: Limpieza de monteras. Presas: Desbroze en laderas escarpadas. Tabla 5.21 Utilización de tractor de cadenas. 5.15 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS. EJERCICIO 5.1 En un trabajo de empuje con dos bulldozer 010 y 011 se ha efectuado una prueba en 40 m. de recorrido a las siguientes velocidades: Empuje: Retorno: 010 1,6 Km/h 6 Km/h 011 2,5 Km/h 6 Km/h
- 105. 5.28 con un tiempo de apilado de 5 segundos cada tractor. A continuación se realiw otra prueba, en esta ocasión trabajando los dos bulldozer en tándem, el D11 delante y el D10 empujando al D11, moviendo en este último caso 45 m3 a las velocidades de: Empuje: 3,5 Km/h Retorno: 4,5 Km/h con un tiempo de apilado de 8 segundos. Se pide elegir cuál de las dos pruebas resulta la más conveniente para reali7.ar el trabajo y justificarla. Coste de tractores; D11: 135 Millones de pts, D10; 84 Millones de pts. Para el cálculo de los costes horarios se tomará el 0,25 por mil, añadiendo el coste del operario: 2.500 ptas/h. Se tomará como coeficiente de eficiencia horaria: 0,83. Solución: 1ª Prueba. A efectos de comparación se pueden tomar las capacidades técnicas de las hojas (volumen suelto) de las especificaciones del texto. * D10: * D11: vida = 1,6 Km/h = 0,44 m/s v,ctorno = 6 Km/h = 1,66 m/s tida = 40 / 0,44 = 90 S. t,etomo = 40 / 1,66 = 24 S. tapilado = 5 S. t1018¡ = 119 S. nº ciclos/h = (3600 x0,83) / 119 = 25,12 Producción = (volumen / ciclo) x (nº ciclos / hora) = 432 m3/h V;da = 2,5 Km/h = 0,69 m/s v,etomo = 6 Km/h = 1,66 m/s tida = 40 / 0,69 = 57 S. t,ctorno = 40 / 1,66 = 24 S. tapilado = 5 S. t,otal = 86,6 S. nº ciclos/h = (3600 x 0,83) / 86,6 = 34,5 Producción = (volumen / ciclo) x (nº ciclos / hora) = 883 m3/h Producción total = Producción D10 + Producción D11 = 1315 m3/h coste horario = o ~ x (135 x 106 + 84 x 106 ) + 2 x 2500 = 59 ' 1000 Coste del m3 = Coste horario/Producción horaria = 45,43 ptas/m 3 r ( ( ( ( ( ( (
- 106. 5.29 Se supone que los 45 m3 son de material suelto, caso de ser en banco habría que convertirlos a suelto para poder comparar con los volúmenes anteriores. 2º Prueba. vida = 3,5 Km/h = 0,97 m/s V,etorno = 4,5 Km/h = 1,25 m/s tida = 40 / 0,97 = 41,23 S. t,ctorno = 40 / 1,25 = 32 S. lapilado = 8 S. ttotal = 81,23 S. nº ciclos/h =(3600 x0,83) / 81,23 = 36,7 Producción = (volumen / ciclo) x (nº ciclos / hora) = 1651 m3/h coste horario = o ~ x (135 x 106 + 84 x 106 ) + 2 x 2500 = 59 ' 1000 Coste del m3 = Coste horario/Producción horaria 36 ptas/m 3 Se ve que es más conveniente la segunda prueba ya que la producción es mayor y el coste del m3 es menor. EJERCICIO 5.2 Se va a efectuar una excavación superficial mediante un trabajo combinado de escarificado y empuje con un tractor D10 equipado con un sólo diente en una roca de velocidad sísmica 2300 m/s, y en recorridos paralelos de 88 m. de longitud. Al final de los recorridos una pala cargadora efectuará la carga de la roca a los camiones. Se pide: Velocidad escarificado Velocidad de retroceso Profundidad de ripado Distancia entre carriles de ripado Nº de pasadas Velocidad de empuje Velocidad de retorno Cambio de marcha del bulldozer en cualquier trabajo Tiempo de apilado al terminar el empuje Factor de eficiencia horaria 1,6 Km/h 3,2 Km/h lm 1,5 m 2 3,2 Km/h 6,4 Km/h 10 seg 30 seg 0,83 1) Tiempo que debe dedicar el operador del bulldozer a escarificado y tiempo que debe dedicar a empuje, en cada hora de trabajo. 2) Producción necesaria de la cargadora.
- 107. 5.30 Solución: 1.a) Cálculo de la producción corno escarificador: vida = 1600 / 3600 = 0,44 m/s v,ctorno = 3200 / 3600 = 0,88 m/s tida = 88 / 0,44 = 200 S. t,ctomo = 88 / 0,88 = 100 S. tcambios = 2 X 10 = 20 S. t uoa pasada = 320 S. tciclo = 2 X 320 = 640 S. Volumen a excavar por ciclo = long. x prof. x carril Volumen a excavar = 88 x 1 x 1,5 = 132 m3 b Producción = P. = 132 x (3600 / 640) x 0,83 = 616 m3 b/h Referido a material suelto que es el que tiene que empujar el bulldozer, será tomando Fw = 0,6 (roca, tabla 1.2): P0 = 616 /0,6 = 1026 m3 S/h (material suelto) 1.b) Cálculo de la producción como bulldozer: Vempuje = 3200 / 3600 = 0,88 m/s V,etorno = 6400 / 3600 = 1,76 m/s tida = 88 / 0,88 = 100 S. t,etorno = 88 / 1,76 = 50 S. tcambios = 2 X 10 = 20 S. tapílado = 30 S. tciclo = 200 S. La capacidad de la hoja es 17,2 m3 S, luego la producción será: Producción = Pb = 17,2 x (3600 / 200) x 0,83 = 256 m3 b/h La producción combinada será, aplicando las fórmulas: t de empuje = tb = 1026 / (1026 + 256) = 0,8 h = 48 min. t de escar. = t0 = 256 / (1026 + 256) = 0,2 h = 12 min. La producción de la pala será la producción combinada de escarificación o empuje. X = t0 X Pe = 0,2 X 1026 = 205 m3 S/h CASO PRÁCTICO 5.3. Humectación en banco. Un ejemplo en el cual el procedimiento de arranque debe ser por tractor y no por excavadora es cuando se necesita dar a las tierras, para su posterior compactación, una humectación importante en banco; entonces se lleva una red de tuberías ligeras tipo riegos de aspersión y se coloca un cañón o monitor en el mismo banco, orientado por un operario, que lanza su chorro delante de la hoja empujadora del tractor. La Fig. 5.29 corresponde a un caso de escarificación y humectación en el empuje. ( ( ( r ( ( ( ( ( (
- 108. 5.31 Monitor Fig. 5.29 Humectación en banco con monitor APENDICE 5.1 TECNICAS DE ESCARIFICACION. Es necesario tener en cuenta las siguientes consideraciones: - Utilizar la primera marcha, ya que la velocidad de 1 a 2 kms/h. proporciona la producción más económica. - El escarificado debe realizarse a favor de pendiente siempre que sea posible, e incluso construirse su propia rampa de un 2% a un 3% con la hoja empujadora en el transcurso del trabajo, si el caso lo permite. - En terrenos durns puede ser adecuada la siguiente técnica aplicable a un tajo de una longitud L entre 3 y 4 veces la longitud del tractor y ancho cualquiera (Fig. 5.30). - Se debe comenzar con un sólo vástago, a no ser que el terreno tenga fácil escarificación. En terrenos difíciles es preferible un sólo diente que centra mejor los esfuerzos, sobre todo en material que se rompe en grandes lajas. Tres dientes en materiales más fáciles. - Para evitar roturas del vástago, éste no debe trabajar en voladizo, smo hundido completamente, por lo cual la primera pasada de tanteo debe se con una longitud del vástago menor y aumentarla posteriormente si se ha comprobado su eficacia basta estar seguro de cual es la profundidad que admite el terreno. Una vez determinada ésta no cambiar la altura del vástago. - Si las cadenas patinan es señal de que el tractor no puede y hay que aligerar el esfuerzo disminuyendo la penetración del vástago. La parte efectiva del vástago debe estar siempre metida en el terreno. - Hay que procurar que el tractor tenga una marcha regular, evitando saltos que producen roturas.
- 109. .532 ( - Si el tractor corre mucho es más rentable ir aumentando el número de vástagos y llevar una velocidad más lenta. ( - Si el material es extremadamente duro hay que buscar el mejor ángulo de penetración a (" 1ª Fase: 2ª Fase: 3ª Fase: 2• FASE 1° FASE 3• FASE 44 FASE: Empuje y apilado Fig. 5.30 Técnica de escarificación en terrenos duros. FUENTE C. Cañabate Escarificado transversal en un ancho L, en la parte inferior de la rampa. Igual, pero en la parte superior plana. Escarificado longitudinal empezando en la parte alta ya escarificada, de forma que se pueda clavar bien el escarificador. 4ª Fase: Empuje en sentido longitudinal de la rampa y apilado en la parte inferior para su carga posterior. El operador sitúa el vástago hacia atrás (Fig. 5.31.a), separado de la máquina y el cilindro (1) es el que da la penetración en el suelo. a b e Fig. 5.31 ( ( ( ( ( ( ( (
- 110. 5.33 En la Fig. 5.31.b, el cilindro (2) cambia el ángulo de penetración. El maquinista lo que ve es el recorrido del cilindro (2), y aprovecha la fuerza del hidráulico, el peso del I.Iactor y su movimiento para romper el suelo. Una vez roto el material, el ángulo de penetración ayuda a romperlo hacia arriba. El operador de movimientos de vaivén con el cilindro durante el avance (Fig. 5.31.c). La separación entre pasadas o - 1 --- ~ ·- t--J 1111 fl -- ~---- ~ - <J=a .. carriles influye en la producción, porque disminuye el nº de ciclos para cubrir una superficie. Cuanto menor sea, más pequeños serán los tamaños de material. ~ - -- - ~ ->- ---- ..-Jllllt 1 - - ~ - - --- - -- >-- - ..... - -~ >- - --- Una regla es que la separación sea la mitad del ancho del tractor. En el retorno, .,, - ~- el tractor toma la diagonal de la separación de carriles. Fig. 5.32 Movimientos del tractor - Escarificado cruzado: Consiste en escarificar en dos direcciones perpendiculares de forma que la superficie sea lo suficientemente suave para que pueda ser cargado el suelo con una cargadora, es decir, el tractor no realiza funciones de empuje. Esto concuerda con la técnica general de utilización del tractor de cadenas que es reducir al máximo o eliminar el trabajo de empuje. En este procedimiento se considera que es la cargadora la que debe moverse y acudir a cargar el material que el tractor ha excavado. APÉNDICE 5.2 TRAFICABILIDAD. Es importante el tipo de material a arrancar y su relación con la climatología. Por ejemplo, para suelos arcillosos y según el contenido de humedad natural, la Tabla 5.22 da las condiciones de utilización. LÍMITES PARA EL TRABAJO TIPO DE TRACTOR Máximo de la relación: (*) Cohesión mínima Contenido humedad/límite plástico Kg/cm2 (**) Pequeño (7 t) con cadena ancha 1,60 - 1,65 0,20 Pequeño (7 t) con cadena estándar 1,45 - 1,50 0,30 Grande (38 t) con cadena ancha 1,45 - 1,50 0,30 Grande (38 t) con cadena estándar 1,40 - 1,45 0,35 FUENTE: WATERWAYS EXPE.RIMENT STATION, DATOS POR PARRAR Y DARLEY 197.S (*) Demostrado s6lamente para suelos conteniendo más del 60% de limo más arcilla (·*) Demostrado sólamente para suelos conteniendo más del 90% de limo más arcilla Tabla 5.22 Condiciones de utilización para suelos arcillosos según contenido de humedad
- 111. 5.34 La humedad a que se refiere la Tabla 5.22 es la del relleno, que puede ser inferior a la del yacimiento en verano y tiempo seco. La resistencia a la cohesión (esfuerzo cortante) está medida en el ensayo de campo con un penetrómetro de mano, (Cono de Ohio). Las cadenas (zapatas) anchas son las mayores de 700 mm. y las estándar entre 550 y 600 mm., con presiones sobre el suelo entre 0,64 y 0,86 Kg/cm 2, para tractores mayores de 25 t. Cada tipo de tractor tiene unas presiones en sus zapatas, y un valor del índice de cono, que, es distinto según el modelo de pcnetrómetro (no están normali7..ados). ( ( ( ( ( ( ' ( { ( ( ( (
- 112. 6.1 CAPITULO 6 EQUIPOS DE EXCAVACION Y CARGA CARGADORAS 6.1 DEFINICION. Es una máquina autopropulsada equipada con cuchara frontal y un sistema de brazos accionado por cilindros hidráulicos, cuya función principal es: Cargar materiales sueltos de abajo hacia arriba. Transportarlos a distancias mínimas. Descargarlos sobre tolvas de poca altura o sobre medios de acarreo, camiones o dumperes. Debido a la elevada fuerza de sus cilindros es capaz también de arrancar material en banco o perfil de no mucha consistencia. Hay dos tipos de cargadoras: a) Sobre ruedas. Son la mayoría. b) De cadenas. Para trabajos especiales. Partes estructurales: Son las siguientes (Fig. 6.2). - Bastidor y estructura soporte. - Motor, generalmente diese!. - Transmisiones de avance, hidráulicas o convertidor de par. - Equipo de trabajo, que consta de: • Mecanismo de elevación. • Mecanismo de volteo. • Cuchara. • Otros accesorios. El más importante en las cargadoras de cadenas es el escarificador. 6.2 CARGADORAS DE RUEDAS. Son cargadoras cuyo dispositivo de traslación está constituido por ruedas neumáticas de gran diámetro, generalmente 4 ruedas todas motrices y, por tanto, todas del mismo diámetro. Actualmente todas las grandes cargadoras de este tipo son de bastidor articulado, formado por 2 partes unidas entre si por medio de una articulación doble con su eje vertical, desplazando por su mayor maniobrabilidad a las de bastidor rígido.
- 113. 6.2 Fig. 6.1 Cargadora sobre ruedas articulada. Cap. Peso F.A. MOD. MOD. MOD. MOD. MOD. MOD. MOD. aprox. m3 t 103kg. CAT VOL FI-HIT KOM CASE LIEB 1,7-1,9 2,1-2,3• 2,7-2,9• 3,5· 3,8· 4 5,4• 11 11 926E 90 100 -- 621 -- 13 13 936E -- 130 320 721 -- 17 16 950F 120B 160 380 821 -- -- -- -- -- -- -- -- 551 21 21 966F 150 220 470 -- -- 28 23 980C 180 -- 500 -- -- 43 40 988B 270B -- 600 -- -- * Tipos más utilizados. Los modelos > 43 t son tipo canteras y minería. F.A. = Fuerza de arranque; CAT = Caterpillar; VOL = Volvo; FI-HIT = Fiat-Hitachi; KOM = Komatsu; CASE = Case; LIEB = Liebherr; O&K = O&K. Tabla 6.1 Cargadoras sobre ruedas. Comparación de algunas marcas. 6.3 CARGADORAS DE CADENAS. Las cargadoras de cadenas reciben este nombre debido a su sistema de desplazamiento, que consiste en 2 carros de cadenas. Cap. Peso F.A. MOD. MOD. MOD. MOD. aprox. m3 t 103kg. CAT FI-HIT LIEB KOM 1,5 15 10 953 145 621 535 2,1 20 16 %3 175 631 755 2,8 27 21 973 20 641 -- Tabla 6.2 Cargadoras de cadenas con escarificador. Comparación de algunas marcas. O&K 20 -- -- 35 -- 55 -- ( ( 'r ' '( { ( ( { ( (
- 114. 6.3 Comparando con las cargadoras de ruedas, a igualdad de cuchara, el peso es muy superior y, por consiguiente, la fuerza de arranque; a esto se une que el rozamiento con el suelo también lo es y, por tanto la fuerza efectiva de excavación. (2) MOTOR TRANSMISIONES DE AVANCE Brazos de elevación unidos por puente central (5) TREN DE RODAJE (4 ) EQUIPO DE TRABAJO Dispositivo de volteo Dispositivo de elevación (1) CHASIS Fig. 6.2 Partes estructurales de una cargadora de cadenas con transmisión hidroslática y motor en la parte posterior. El equipo de trabajo normal consta de la cuchara delantera y de un escarificador situado en la parte posterior, que sirve para soltar las tierras cuando son demasiado duras para su excavación con la cuchara. 6.4 ESCARIFICADOR DE LAS CARGADORAS DE CADENAS. Hay dos modelos: a) Escarificador de bisagra o radial (Fig. 6.3): El ángulo de ataque cambia a medida que el vástago penetra en el terreno.
- 115. (¡_4 b) Escarificador de paralelogramo (Fig. 6.4): En este modelo se mantiene el ángulo de ataque prefijado antes de penetrar independientemente de la profundidad. Fig. 6.3 Escarificadores de cargadora de cadenas con varios vástagos. a) Radial b) De paralelogramo. La misión del escarificador es más bien de contrapeso en los modelos con motor delantero y convertidor de par, pero naturalmente se puede usar para soltar el terreno cuando la excavadora se utiliz.a en desbroces o excavaciones. (Se comenta el uso del escarificador en el caso práctico C.P. 6.1). 6.5 PARAMETROS CARACTERISTICOS GEOMETRICOS. Son: - Altura de descarga. - Alcance. 6.5.1 ALTURA DE DESCARGA. Es la altura máxima ("D" en la Fig. 6.1) que hay desde el terreno hasta el borde de la cuchara, puesta en su posición más baja, habiendo levantado previamente los brazos de elevación hasta el máximo. Cuanto mayor sea esta altura en una cargadora, mayor altura de caja y, por tanto, mayor tonelaje podrán tener los camiones o dumperes. 6.5.2 ALCANCE. Es la distancia máxima ("F" en la Fig. 6.1) que hay entre dos verticales, una tangente al neumático o a la cadena (por delante de ambos) y otra que pase por el extremo del diente, estando la cuchara volcada y en su posición más alta. Cuanto mayor es la distancia de alcance, más profundidad puede alcanzarse en la carga a un dumper y más completamente se podrá realizar el llenado. ( ( ( ' ( ( ( ( ( (
- 116. 6.5 6.6 PARAMETROS CARACTERISTICOS DINAMICOS. Son: - Carga de vuelco. - Carga máxima operacional. - Capacidad de elevación del sistema hidráulico. - Fuerza de arranque. 6.6.1 CARGA DE VUELCO. Es el peso mínimo en el centro de gravedad de la carga que es capaz de levantar las ruedas traseras o ruedas cabillas, en el caso de cadenas, del suelo en la posición más avanzada de los brazos. Es la que da el fabricanle en la ficha técnica. 6.6.2 CARGA MAXIMA OPERACIONAL. Fig. 6.4 Carga de vuelco. Es la carga de trabajo, pero con las siguientes condiciones: a) No debe exceder del 50% de la carga de vuelco. Normalmente se toma el 50% de dicha carga en las cargadoras de ruedas y el 35% en las de cadenas (Norma S.A.E. J732C). b) Debe ser igual a la capacidad de elevación en cualquier posición de la cuchara, girada 402• c) Para un tamaño y tipo de cazo determinado. d) La velocidad de marcha no debe ser superior a 6,43 km/h. e) En terreno firme, suave y llano. 6.6.3 CAPACIDAD DE ELEVACION DEL SISTEMA HIDRAULICO. Es el mayor peso que los cilindros pueden levantar a una altura determinada por el fabricante. Este ensayo se realiza con la máquina anclada en su parte posterior, pues este valor es superior a la carga de vuelco. Fig. 6.5 Capacidad de elevación del sistema hidráulico.
- 117. 6.6 6.6.4 FUERZA DE ARRANQUE. Es la fuerza de elevación vertical medida en el borde de la cuchilla de la cuchara. Es el parámetro más importante, ya que da una idea del poder de excavación, de arranque, de una máquina. M=F x L M = Par de arranque F = Fuerza de arranque según SAE L = Longitud fondo de la cuchara * FACTORES DE LOS QUE DEPENDE: L Fig. 6.6 Fuerza de arranque. La fuerza de arranque depende de una serie de factores, como son: a) Tipo de cuchara: -25mm Cuanto más ancha menor es su fuerza de arranque. Debido a esto, se colocan las cucharas anchas para mover arenas o gravas sueltas y, en cambio, para excavar materiales más consistentes se usan cucharas más estrechas. La cuchara convencional puede tener el borde recto o en V para facilitar el arranque. El tipo más común es la cuchara de dientes (ver fig. 6.7.a). El modelo de usos múltiples ó 4 en 1 (ver fig. 6.7.b) se tratará en las retrocargadoras. Fig. 6.7 a) Cuchara convencional con borde recto. b) Cuchara de usos múltiples. ( r ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 118. 6.7 b) Geometría de los brazos: La Geometría Z proporciona una mayor fuerza de arranque. t F 1 D . 1 ¿ 1 1 1 A ,- - - - - - - - - - E- - -- - - -- --'-- Fig. 6.8 Geometría "Z". c) Capacidad del hidráulico: Si las fuerzas del hidráulico son altas, también lo será la fuerza de arranque. d) Fuerza de penetración: Fijándose en el proceso dinámico de carga, se puede observar: Al principio, toda la energía que trae la cargadora al llegar al acopio de material se transforma, casi instantáneamente, en el momento del impacto, tratando de penetrar la cuchara en el material. En ese momento, el dinamismo de la máquina exige mucho par y poca o casi nula velocidad. El peso que gravita sobre el eje delantero (ruedas guía en cadenas) es mayor que el que gravita sobre el eje trasero (ruedas cabillas en cadenas) en el momento de la penetración, por lo que se produce un desajuste de pesos (Fig. 6.9). Esto provoca, en la tracción por neumáticos, una pérdida de adherencia al Fig. 6.9 terreno en la parte posterior de la máquina, por lo que el eje trasero tenderá más al deslizamiento que el delantero. Como consecuencia de ello, (aparte del excesivo desgaste de neumáticos), la tracción corre a cargo tan sólo de la potencia transmitida
- 119. 6.8 al eje delantero, por lo que la Fuerza de penetración disminuye. En la tracción por cadenas, se produce una pérdida de contacto de la cadena con el terreno en la parte posterior de la máquina. La superficie de contacto cadena-terreno disminuye y, por tanto, también disminuirá la fuerza de penetración. La fuemi de penetración variará en función de: - la potencia del motor - la desmultiplicación de la transmisión - el diámetro de los neumáticos o la superficie de contacto cadenas-terreno - las condiciones de adherencia del terreno - el peso de la máquina y su distribución 6.7 CICLO DE TRABAJO_ La cargadora en su trabajo simultanea la maniobra (avance, retroceso y giro), con los movimientos de la cuchara (subida, bajada y basculación). El ciclo de trabajo consta de 4 fases: Fig. 6.10 Carga. retroceder. 1ª) CARGA: La cargadora empuja avanzando con la cuchara baja hasta hincarla en el material, la llena (debido a la presión de su borde cortante contra el terreno) y la pone boca arriba, elevándola ligeramente para Es el resultado de los movimientos bien coordinados o fuerzas: empuje (a través del convertidor de par y el rozamiento con el suelo), elevación y recogida (por la acción de los cilindros hidráulicos) (Fig. 6.10). Fig. 6.11 Acarreo. 2ª) ACARREO: Con la cuchara llena, la máquina retrocede y eleva y bascula simultaneamente la cuchara, para que el material excavado no se derrame. En esta posición puede transportar a pequeñas distancias. ( ( ( ( 'r '( ' ( ( '( '( { ( (
- 120. 6.9 Fig. 6.12 Descarga. Fig. 6.13 Maniobra. 3ª) DESCARGA: Se coloca junto al medio de transporte, ajustando la altura de vertido al mismo, bascula la cuchara y el material cae en la caja o es amontonado. 4ª) MANIOBRA: Retrocede y maniobra mientras baja la cuchara vacia, hasta alcanzar el frente de llenado en la posición a ras del suelo para comenzar el ciclo. Cuando el punto de vaciado dista más de 8 ó 10 m. del frente de llenado, la 2ª y 4ª fases se incrementan con el recorrido Lineal de la mayor distancia. 6.8 FORMA DE CARGA. La carga en V que se utiliza normalmente (Fig. 6.14). El camión debe colocaarse a la izquierda para que ambos conductores se vean. Si hay otro camión esperando, se sitúa a la derecha. La cargadora debe atacar siempre con el eje de la máquina perpendicular al frente, sin que la articulación forme ángulo, y sin ninguna rueda en el aire. Para ello deberá despejar la zona. Fig. 6.14 Carga en V.
- 121. 6.10 6.9 PRODUCCION. La producción de las cargadoras depende de vanos factores: capacidad y grado de llenado de la cuchara, velocidades de maniobra y elevación y, método de carga. a) Capacidad de Ja cuchara: Hay que diferenciar la capacidad de la cuchara a ras o colmada, pues se utilizan ambas según la clase de material a cargar. Ambas están definidas por las Normas de la SAE (Society of Automotive Engineers), según la figura 6.15. CAPACIDADES DEL CUCHARON SEGUN LAS.A.E. M' ~ 2.7 ~ 2.5 5 2.3 ::, 2.1 ~ 1.9 : ~ 1.7 o 1.5 ~ 1.4 ¡ ~ 1.2 ' ¿ '- ., ' ' ' " -A -...... $ ~-- 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 r e ~ 0.9 u DENSIDAD DEL MATERIAL (en miles) lkg/M' 6.15 Capacidades de la cuchara. Fig. 6.16 Distintas cucharas de la cargadora CAT 916. Los fabricantes ofrecen cucharas de distintos volúmenes, según el tipo de material a cargar. Los más normales en O.P. son uso general (densidad d= 1,8 t/m 3) y roca (d=2,3). Como ]a carga máxima operacional no varía para un modelo de cargadora, se tiene que Carga = d x Vo1, lo cual se refleja en una gráfica de selección (figura 6.16), que apareca en el catálogo correspondiente, en la que se elije la capacidad en volumen que corresponde a la densidad del material a utilizar. La cuchara se llena más o menos según el tipo de material (factor de llenado, variable del 65% al 100%). Por consiguiente, el volumen útil será: C0 = C x fu . b) Tiempos básicos medios del ciclo de maniobra: La duración del ciclo básico medio (carga, vaciado y maniobra) para una cargadora cargadora, en buenas condiciones de trabajo (buen material, buena rodadura, operador competente y buenas condiciones de vertido), puede estimarse en: - 24 segundos para cargadora de ruedas - 36 segundos para cargadora de cadenas Cuando aumenta la distancia entre los puntos de carga y de vaciado, hay que añadir los tiempos de recorrido de ida y regreso según la velocidad de la máquina. f ( ( f ( r ( ( ' ( ( ( ( (
- 122. 6.11 Como orientación pueden tomarse los siguientes tiempos: FASES DEL CICLO DE CARGA TIEMPO (minutos) MJNIMO MAXIMO Avance y llenado de cuchara 0,10 0,20 Recorrido y 4 cambios de marcha 0,20 0,35 Vuelco de cuchara y descarga 0.03 0,10 TIEMPO TOTAL 0,33 0.65 Nº CICLOS / H 180 92 Tabla 6.3 Tiempos de ciclos por fases. La Producción (P) se obtiene multiplicando el volumen colmado de la cuchara C por su coeficiente de llenado fLL, por el número de ciclos/hora N y por el n2 de minutos realmente trabajados/hora (factor de eficiencia horaria). Donde: C = Capacidad de la cuchara, en m3• fLL = Factor de llenado, (varía según la naturaleza del material). te = Tiempo del ciclo. fb = Eficiencia horaria (tiempo efectivo de trabajo en minutos por hora de 60 minutos), expresada en tanto por uno. N Nº de ciclos por hora de 60 minutos de trabajo, que varía según las condiciones de éste. 4' p ~.......;,. 1 1 1 L/ 1 1 1 1 I 1 1 1 1 ' 1 1 1 Llenctdo del cucharon I 1 .. Fig. 6.17 Cuanto mayor sea el llenado de la cuchara, aumenta el tiempo del ciclo y disminuye la producción (Fig. 6.17), hay pues, que hacer varias pruebas.
- 123. 6.12 La primera observación es que no haya derrame del material ni durante el movimiento de la cuchara, ni durante el acarreo del camión. MATERIAL CARGADORAS Agregados húmedos mezclados..... . ........... .. .. . .. ..... .. .. ...• • .•. . .. .. Agregados uniformes: Hasta 3 mm.................... . . ...• •• .... ... ..•. .. .. . .......•......... 3 - 9mm. ...... . . .... •• . • .. . .......... • •............ ... .....• . ......... . 12 - 20 mm....... .• . • .. ....... . ... . ...... . . ..... .. . ............ . ........ 24 mm. y más . .. ............. .. ..• • . ................. . ............ . ... .. Marga o arcilla húmeda .. ... . . . ..... •. ...... ........ . . . .. ... ......... . ... . . • Tierra, piedras, raíces .. . . ...... . . ... .... . .. .... . ..... .. . .. ..... . ........•... Materiales cementados .. ... . . .•. • .. .. . .. .... . ..... . .. .. • • . ... ....•.. . • . . ... Roca volada: Muy bien . . ........ . . . ... . .. ...... • .•.. , . .. . . . .. •. . ...... • .. . ..•..... . .. Normal .. . ... . ........... . .. . Deficiente (con lajas o bloques) .. . . . •..•.. . . . . . . .... . .. . .. . ..•........ . .... Factor de llenado en porcentaje sobre la capacidad colmada del cucharón 95 - 100% 95 - 100% 85 - 90% 90 - 95% 85- 90% 100 - 110% 80 - 100% 85 - 95% 80- 95% 75 - 80% 60- 65% Tabla 6.4 Factores de llenado fu.. Fuente CATPH CONDICIONES DE TRABAJO te (min.) N Optimas 0,33 180 Muy favorables 0,50 120 Malas 0,66 90 Muy difíciles 1,00 60 Tabla 6.5 Tiempos de ciclos totales. Se suelen tomar valores de 100 ciclos/hora en condiciones normales de trabajo y 60 ciclos/hora en condiciones desfavorables. En el caso de que las cargadoras efectuen transportes a corta distancia, el número de ciclos/hora puede calcularse por las fórmulas siguientes: • Cargadora de cadenas: V Cargada = 3 km/h = 50 m/min. V Vada = 6 km/h = 100 m/min. TIEMPO MEDIO DE CARGA N2 CICLOS/HORA: 0,6 min. N = O, 5 + 60 d 50 + d 10 0 6000 60 + 3 X d ( ( ( '( ( r ( ( ( ( ( ( ' ( (
- 124. f.13 • Cargadora de ruedas: V cargada = 4,8 km/h = 80 m/min. V Vacía = J0,8 km/h = 180 m/min. TJEMPO MEDIO DE CARGA = 0,5 mm. Nº CICLOS/HORA: N == 0,5 + '/) o E-< :::, ~ 80 :,: o 70 . ,, ~ 60 . ~ so o :i:: a:: 40 o o.. ti) 30 o ,._¡ ~ 20 u Límite de distancia :, ; f(l · • , 1 , • ~· ·- :-· .. ' ···· ···! -~r ..···t ···-:-·--··r- ·' 10 30 .50 70 : 90 110 : DISTANCIA DE TRANSPORTE 80 60 d 80 130 (m.) + d 1 80 150 1 1 : 1 1 1 1 160 Fig. 6.18 Intervalo de distancias económicas de acarreo. Capacidad del cazo (m 3) 0.7 1.3 1.5 l.9 2.3 2.7 3 4.3 Arcilla arenosa 65 105 125 179 200 230 280 360 Arena y grava 62 97 120 172 185 215 245 345 Tierra común 58 90 llO 123 175 205 230 325 Arcilla dura 55 79 100 146 150 180 205 295 Koca bien volada 48 70 91 133 135 165 185 265 Excavación con raíces y rocas 42 65 82 125 128 150 170 250 Arcilla humecta 37 60 71 117 120 140 155 235 Roca mal volada 35 50 66 106 110 122 135 210 fh =1 Forma de carga en V. Tabla 6.6 Producción (m3/b). Material en banco. 10800 90 + 3 1 25 X d 4.6 6.1 7.6 390 530 660 365 495 630 350 470 590 315 425 530 290 395 500 285 365 460 247 335 420 215 295 370 La labia anterior y la siguiente, muestran producciones habituales (en m3/b) de cargadoras para distintos tipos de materiales y factores de eficiencia horaria (fh)- La tabla T.6.7, indica tales producciones en función de distintas distancias de acarreo.
- 125. 6.14 Potencia Cuchara Ciclo de carga en V en de Recorridos: CV m3 5 m. 7,5 m. 10 m. 12,5 m. 0,4 45,4 35,6 29,3 24,9 63 0,8 90,9 71,5 58,9 50,1 95 1,3 121 98 79 67 130 1,6 190 148 125 105 160 1,8 219 169 140 121 180 2,1 249 194 161 136 240 3,2 371 295 241 207 fh = 1 Tabla 6.7 Producción (m3/h). Material suelto. Para el empleo de la máquina, exclusivamente en operaciones de carga, tiene gran importancia evitar los desplazamientos innecesarios, limitándolos a los imprescindibles para llenar la cuchara, retroceder girando y situarse en posición junto al vehículo de transporte. Cuando la cargadora se utiliza como medio de transporte, el factor predominante en el rendimiento de la máquina, es la distancia recorrida, disminuyendo su producción en orden inverso a la misma. Las cargadoras más pequeñas son más sensibles a las dificultades que encuentran de material (grava machacada, roca volada) y estado (banco) que las grandes. Las cargadoras grandes tienen ciclos mayores que las pequeñas y su producción, en general, no es un múltiplo de la correspondiente a una pequeña. 6.10 CAMPO DE APLICACIONES. 6.10.1 CARGADORAS DE RUEDAS. Debido a la gran anchura de sus cucharas, la fuerza de arranque es menor que la de las excavadoras y, prácticamente, en arranque en movimiento de tierras están siendo sustituidas por las retroexcavadoras. En arranque por tractores de cadenas, cargando el producto a camiones (Fig. 6.19). - En desmontes de rocas voladas con explosivos, o en canteras, con cuchara adecuada y con neumáticos protegidos con tejas o cadenas protectoras. Escolleras, debido a la gran capacidad de sus cucharas (hasta 10 m3), cargan y manejan bien grandes bloques de roca. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( l
- 126. 6.15 Fig. 6.19 - Desbroce de tierra vegetal (Fig. 6.20). - Alimentación de material suelto a tolvas en plantas de aglomerado asfáltico, graveras, instalaciones de hormigón y de machaqueo. 6.10.2 CARGADORAS DE CADENAS Debido a la mayor adherencia de las cadenas al terreno, estas máquinas tienen mayor fuerza de penetración que las cargadoras de ruedas de análoga capacidad. Fig. 6.20 - Desplazamiento en terrenos embarrados donde los neumáticos se hunden: debido a su gran superficie de contacto (presiones de las zapatas sobre el suelo de 0,3 a 0,7 kg/cm 2, mientras que en los neumáticos son de unos 3 kg/cm 2). - Desplazamientos en fuertes pendientes, debido a su mayor tracción. - Carga en canteras. - Excavación en bancos de tierra por estratos de pequeña altura, donde no pueda entrar una retro, por ejemplo, en obras subterráneas. 6.10.3 COMPARACIÓN DE CARGADORAS. Al elegir una cargadora (cadenas o ruedas), las características más importantes son: - Carga estática de vuelco. - Capacidades de la cuchara (vol.) y densidades. Potencia del motor Diesel: proporciona empuje y desplazamiento. - Peso de la máquina: da idea de su estabilidad. Fuerza de arranque: interviene cuando se usa para excavar, según el tipo de terreno. Altura de descarga y alcance: para alimentar tolvas, camiones, etc. - Radio de giro. - Luz sobre el suelo.
- 127. 6.16 A continuación se establece una tabla comparativa de dichas características entre cargadoras de cadenas y de ruedas: COMPARACION Capacidades de cuchara Potencias Complejidad mecánica Peso y precio de compra Costo de mantenimiento Transporte a obra en ciudad Adherencia Riesgo de patinaje Coeficiente de tracción <·> Fuerz.a de empuje y llenado Fuerz.a de penetración Aptitud de excavar en terrenos blandos sin escarificado Posibilidad de escarificar Superficie de apoyo sobre el terreno Carga sobre el terreno (kg/cm2) Superficie de rodadura requerida Trabajo sobre afirmados Sobre terreno abrasivo Sobre terreno rocoso con aristas Giro en suelos rocosos Agilidad de maniobra Centro de gravedad Seguridad en el trabajo Estabilidad CADENAS 1 a 4,5 m3 70 a 300 HP Mayor Mayor Más caro Requiere plataforma Mayor Escaso Alto Mayor Mayor Mayor Si Grande Pequeña Todo terreno Los destroza Gran desgaste Resiste bien Peligro de roturas Lenta Bajo Muy estable Mayor RUEDAS Hasta 8 m3 Hasta 550 HP Menor Menor Más barato Rodando Menor Mayor Bajo Menor Menor Muy pequeña No Pequeña Mayor Explanación No los perjudica Poco desgaste Gran desgaste No Rápida Alto Riesgo de vuelco Menor Tabla 6.8 Comparación entre cargadora de cadenas y de ruedas. ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( '( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 128. 6.17 6.11 COMPARACIÓN ENTRE CARGA CON CARGADORA Y CON EXCAVADORA HIDRÁULICA. La cargadora tiene que tener cuchara más ancha que su vía para proteger en el avance a las ruedas o las cadenas, lo que reduce su fuerza de arranque lineal. Su ciclo de trabajo es mayor que el de la excavadora, debido a los desplazamientos (la excavadora sólo gira). Fig. 6.21 La altura de carga de una cargadora es aproximadamente 1 - 1,5 m., mientras que en una excavadora es de varios metros (esto hay que tenerlo presente cuando se utiliza una cargadora para arranque). La cargadora de neumáticos requiere como mínimo el doble de su longitud para maniobrar sin problemas para ella o para los vehículos de acarreo en áreas reducidas. La excavadora gira y permite situarse cómodamente a los vehículos de acarreo. Las cargadoras grandes tienen ciclos mayores que las pequeñas y, a pesar de todo, su alcance y altura de descarga no es suficientemente grande comparando con una excavadora. Así, incluso los mayores modelos de cargadoras tienen dificultades para cargar los grandes dumpers que frecuentemente se usan. En la carga de voladuras hay que tener presente la menor fuerza de arranque de la cargadora repecto una excavadora, lo cual quiere decir que una cargadora requiere una voladura más intensa para que el material esté más troceado, suelto y movido. CON EXCAVADORA CON CARGADORA Fig. 6.22 Carga de voladura. En limpieza de pie de cantera la cargadora tiene ventaja sobre la retro, al dejar el suelo mejor para los dumperes (Fig. 6.23).
- 129. 6.18 Fig. 6.23 6.12 UTILIZACIÓN DE LA CARGADORA EN ARRANQUE. La retroexcavadora ha desplazado normalmente a la cargadora en arranque, salvo casos particulares. Si éstos se presentan hay que tener presente algunas consideraciones: - Es más efectiva la cargadora de cadenas, debido a su mayor tracción. - La altura del banco debe ser aproximadamente a los ojos del operador. Si aquel tiene una altura importante, el material debe empujarse con tractor de cadenas y cargar desde abajo (Fig. 6.24). 6.13 RETROCARGADORA. Fig. 6.24 Es una máquina autopropulsada sobre ruedas con un bastidor especialmente diseñado para montar a la vez un equipo de carga frontal y otro de retroexcavación trasero de forma que puedan ser utili7--ados alternativamente (Definición de AENOR, norma UNE 74-100-88). Se trata de una máquina muy versátil y rentable que trabaja el mayor número de horas en una obra. Esto es debido a su facilidad de transporte en el modelo sobre ruedas que es el más normal, y a los equipos que lleva. En apertura de zanja realiza la doble función de abrir la zanja con la retro y rellenarla después con la cuchara frontal. Reemplaza el cazo de la retro por un martillo demoledor, cuando encuentra en una zanja hormigón, pavimentos asfálticos u otro material no excavable fácilmente así como en trabajos urbanos levanta firmes y pavimentos. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 130. ~¡ ~' i~ODEWS Pesos : 7a 10 Tn . HP : 80 • 105 . C azo : 1 a112 m 100• 6.19 1890 2100 A: Profundiad maxima escavacíon de 4,7a 6 m . B : Altura de descargade J,3 a J,75 m . Fig. 6.25 Retrocargadora sobre ruedas (llamada Mixta en las obras). Debido al carácter polivalente de esta máquina tiene interés el mayor número posible de implementos, y entre clJos la cuchara de usos múltiples. l EXCA V, CION ¡2 CARGA 5 RELLENADO 6 AGARRE Fig. 6.26 Cuchara de usos múltiples. Posiciones de los sectores y aplicaciones. Fig. 6.27 Cuchara de usos múltiples con los cilindros hidráulicos que abren los sectores. Ésta consta de dos sectores que se abren mediante una pareja de cilindros hidráulicos que forman parte de la propia cuchara y que según la posición de los sectores tiene aplicaciones distintas (Fig. 6.26).
- 131. (¡_20 6.14 MINICARGADORAS. Son muy útiles c.;n espacios reducidos y de poca altura, en donde las otras cargadoras no podrían trabajar. Una aplicación característica es el desescombro de plantas bajas de edificios, ya que pueden penetrar en ellas por el portal (rehabilitación de edificios) y descargar a los camiones situados en la calle. El sistema de tracción de estas máquinas de chasis rígido difiere del de las grandes cargadoras, siendo cada lateral independiente. El giro se obtiene por el bloqueo de las dos ruedas de un mismo lateral mientras continúa la tracción en las otras dos. Algunos modelos tienen cadenas de goma en vez e.le mee.las. Dimensiones de un modelo de: - cuchara ... 200 l. - Peso ••••• 1387 Kg. 2,50 m 3,22 m Fig. 6.28 Mirúcargadora. Fig. 6.29 Minicargadora con cuchara de uso múltiples, (posición 5) rellenando zanjas. ( ' ( ( '( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( {
- 132. 6.21 6.15 CARGADORAS DE TÚNEL DE BAJO PERFIL TIPO L.H.D. No son propiamente cargadoras de movimiento de tierras, sLno que se emplean en los túneles despues de la voladura. Su característica fundamental es su bajo perfil y que su trabajo más importante es el acarreo mientras que en las cargadoras convencionales no lo es. El conductor está situado en un costado, lo que le permite ir en las dos direcciones con comodidad (ver fig. 6.28). Estas máquinas descargan fuera de la boca del túnel formando un montón, que luego será cargado a camión por cargadoras convencionales, o en una escombrera. Su anagrama es L (load, carga), H (hauling, acarreo), D (discharge, descarga). ...LL¿ f / / / / / / / I / 111 ¿¿ / U - ---- 161 O -- -1950- ------ - - - -- - - - - -- 7760- - - - ------< ----- --8160- -- · ___ __ _____... Fig. 6.30 Gálibo de una cargadora de túneles LHD de 2 m3• Peso 15 t. Posición de avance y de retroceso. Elevación de cuchara fuera del túnel. Fig. 6.31 Carga de la cuchara en el frente del túnel después de una voladura. Fig. 6.32 Desescombrando el frente. Utilización: Los modelos más pequeños, de cuchara entre 1,3 y 2 m3, en obras hidráulicas, túneles de desvío y conducciones de tuberías y los mayores de 4,3 a 6 m3 en túneles de carreteras. Para cada capacidad hay unas secciones mínimas del túnel, por ejemplo, el tipo de 1,5 m3 pasa por una sección de 2 x 2 m2•
- 133. 6.22 Las distancias prácticas de acarreo están en los 300 m., llegando incluso a 600-800 m. En los túneles de Garraf (Cataluña) se han utilizado de 6 m3 y excepcionalmente hasta 4 Km, y en el Metro de Bilbao de igual capacidad y hasta 800 m. Las velocidades dependen del estado del suelo, pero puede estimarse una velocidad real media entre acarreo y retomo de 7 Km/h y superan pendientes entre 14 y 17%. Cuando después de la voladura hay peligro de desprendimientos, se utilizan con control remoto, colocándose el operario con los mandos entre 25 y 40 m. del frente. Han desplazado a las vagonetas sobre vía, cuyos trenes sólo se utilizan con máquinas de excavación mecánica contínua, tales como escudos, topos y rozadoras, es decir, no en voladuras. Los modelos pequeños, para túneles pequeños incluso transportan el hormigón en la cuchara hasta las proximidades del frente donde puede estar situada una bomba de hormigón estacionaria. 6.16 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS. * C.P. 6.1 Utilización, de la cargadora de cadenas con escarificador, en arranque. La figura 6.2 corresponde a un modelo de transmisión hidrostática con el motor situado en la parte posterior, en cuyo caso la máquina no está bien equilibrada para utilizar el escarificador tan dúramente como a veces se hace. Con la utilización del escarificador es mejor el modelo de cargadora con motor frontal y convertidor de par, que equilibra mejor el esfuerzo del escarificador impidiendo que se levante la máquina. La utilización de la cargadora de cadenas es, en muchos casos, como elemento de excavación en lugares de baja altura, donde una retroexcavadora no entraría (obras subterráneas), y su función es excavar y mover el material hasta el lugar en el que una cargadora sobre ruedas es la que efectua la carga a camiones. En estos casos, el material puede incluso ser muy duro para la cargadora y se utiliza el escarificador para soltarlo, usándose la cuchara como hoja empujadora hasta donde esté situada la cargadora de ruedas. Este tipo de trabajo no es adecuado, porque se está confundiendo esta máquina con un tractor de cadenas y hay diferencias muy importantes: - Las tejas de la cargadora son menos altas que las de un tractor y con 2 ó 3 nervios, por lo que tienen menos penetración y menos adherencia, mientras que las de un tractor de cadenas tienen uno sólo y muy alto, que penetra y se clava más en el terreno. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 134. 6.23 - Los brazos de la cuchara de la cargadora de ruedas están sustentados por la torreta de la superestructura (Fig. 6.33.a), mientras que en un tractor de cadenas están sobre los largueros del bastidor de la infraestructura (Fig. 6.33.b), de forma que la cargadora puede soportar esfuerzos mucho menores. Fig. 6.33 Por todo lo anterior, utilizar una cargadora de cadenas como un bulldozer es un gran error sin considerar las limitaciones correspondientes. Para el contratista es muy cómodo tener dos máquinas en una, sobre todo desde el momento en que el bulldozer está ausente de la obra, pero sería mejor utilizar un tractor pequeño de 15 ó 20 t. A igualdad de peso entre una cargadora de cadenas y un bulldozer pequeño o mediano, el escarificador de la cargadora es de menos peso y menos altura de vástago. Concusión final: Las cargadoras utilizadas como bulldozers deben ser potentes y sobredimensionadas en su trabajo. * C.P. 6.2 Corte típico de un vaciado en Madrid para aparcamientos mediante excavación con cargadora. 15 m. - 0 0 0-0 Fig. 6.34 1.- Echadizo (rellenos sucesivos). 2.- Veta negra: es la tierra fértil de labor de la época de S. Isidro y posterior. 3.- Arena de miga (fácil, se sostiene). 4.- Tosco: es arena con arcilla, muy duro, difícil de atacar con una cargadora de ruedas. Una cargadora de ruedas de 2,5 m3 ataca bien y obtiene 1000 m3/día; se mueve muy bien (articulada), hace la rampa, excava y carga a camiones. Se puede hacer con una excavadora retro de 1,5 m3 sobre ruedas:
- 135. 6.24 Inconvenientes: no tiene la movilidad de la cargadora, excava anclada al suelo con sus patas de apoyo, tiene que excavar en un plano superior al de los camiones. Ventajas: excava más fácil y en el tosco no tiene dificultades; la cargadora sí, lo hace, pero le cuesta. Las producciones para las capacidades señaladas son aproximadamente iguales. • C.P. 6.3 Datos prácticos de producción en obra. CARGADORAS DE RUEDAS Cuchara (m3) Producción (m3/h) Coste horario (Pts/h) 2,7 140 5.000 4 180 6.000 • C.P. 6.4 Comparación entre la utilización de la retro y de la cargadora en excavación. Utilizar una cargadora en una excavación para cargar camiones resulta más caro que una retro, porque la cargadora requiere un bulldozer. EQUIPO DE EXCAVACION Bulldozer Variante A Cargadora Camión Variante B Retro Camión Es más económica la Variante B, por eso se utilizan tanto las retros. Las cargadoras se utilizan más en instalaciones, donde realizan función exclusiva de carga. • EJERCICIO 6.5 Comparar el dato correspondiente al modelo de 4 m3 con lo expuesto en el Capítulo. Solución: Aplicando la fórmula de producción (pág 6.11), y adoptando los valores fu_ = 0,8, para los datos P = 180 y C = 4, resulta: 180 = 4 X O, 9 X N X O, 8 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( ( ( ( { ( (
- 136. 6.25 Se obtiene: N = nº ciclos/h = 62,5; demasiado bajo, comparándolo con el valor de la Tabla 6.4. Una explicación presumible es que exista una distancia de acarreo. Veamos cual, entrando en la fórmula de la pág. 6.13: N= 90+3,2Sxd 10800 = 62, 5 Se obtiene: d = 25 m., que es una distancia aceptable, lo cual quiere decir que la cargadora no sólo carga, sino que recorre una distancia de acarreo. * EJERCICIO 6.6 Comparar la capacidad de la cuchara de una cargadora modelo CAT 950 para una densidad d =18t/m 3 con lo expuesto en el texto. Solución: El fabricante da corno dato en la ficha técnica: Carga límite de equilibrio estático con máquina girada: 10285 kg. Se toma como carga operacional el 50% = 5 t. Para la densidad dada se obtiene un volumen de cuchara de: 5 t = 2, 9 m3 1, 8 t/m3 que se corresponde con una de las capacidades del fabricante. APENDICE 6.1 INDICADOR DE PESAJE DINÁMICO EN CARGADORAS. Permite conocer el peso de la carga que está efectuando durante su movimiento. Consiste en un transductor de presión que se coloca en los cilindros hidráulicos de los brazos de la cargadora, el cual envía una señal a un indicador digital situado en la cabina (ver fig.), provisto de impresora. Una aplicación interesante consiste en que el maquinista marca en el ordenador la carga legal que debe llevar el camión que está cargando y el procesador automáticamente resta cada carga que se efectua. El maquinista apretando un botón puede conocer la carga de la cuchara, de forma que se puede acabar la operación con una precisión de ± 1%. El ordenador registra todas las operaciones efectuadas diariamente o en otro periodo, de manera que constituye también un control de la producción, que puede pasar a un ordenador central de seguimiento, situado en la oficina de obra o de la planta. En plantas sencillas de hormigón, puede dosificarse una tolva de áridos sin báscula.
- 137. 6.26 Fig. 6.35 APENDICE 6.2 LA ELECTRÓNICA EN LAS CARGADORAS. Un micropocesador controla las transmisiones automáticas de velocidades según lo permita el trabajo y las condiciones del suelo, de forma que el operador se concentra sólo en la carga y en los movimientos adelante y atrás. El conductor apretando botones eléctricos selecciona dispositivos "down shift" o "Kick down" (Fig. 6.36). Fig. 6.36 Dispositivos "down shift" y "'kick down". Fig. 6.37 Diagnosis Elcctronic Data Monitor. Fuente Fiat- llitachi. El down shiít reduce automáticamente la marcha impidiendo que por efecto del convertidor de par se pase a una velocidad superior cuando desciende la máquina un desnivel. El kick clown pasa de 2ª marcha a l ª. ( ( ( ( ( (" ( ( ( ( ( ( ( (
- 138. 6.27 Lleva instalado un dispositivo de diagnosis con una pantalla de forma que avisadores acústicos y luminosos identifican averías y control de niveles. También está integrado en el procesador el número de ciclos que la máquina realiza en una hora, por lo que puede llevarse un control de la producción.
- 140. 7.1 CAPÍTULO 7 EQUIPOS DE CARGA Y ACARREO. MOTOTRAILLAS. 7.1 OBJETO. Las traíllas son máquinas ulilizadas para el movimiento de tierras, que realizan las siguientes funciones: arranque, carga, transporte, descarga y nivelación de suelos tales como arena, arcilla, tierra e incluso zahorras, dependiendo de los distintos modelos de máquinas. Fig 7.1 Mototrailla convencional. 7.2 TIPOS DE TRAÍLLAS. 1) Autopropulsadas, son las llamadas mototraíllas que pueden ser: a) Convencionales, de un sólo motor delantero y tracción delantera en el módulo de tracción. (Fig. 7.2.)
- 141. 7.2 b) De dos motores, uno delantero y otro posterior. Tracción a los dos ejes, o sea total. (Fig. 7.3.) ·' c) Con eJevador de paletas para la carga. De un sólo motor delantero y tracción igual que la convencional. (Fig. 7.4.) 2) Remolcadas por tractores de cadenas: son adecuadas para distancias cortas. Los modelos actuales son accionados hidráulicamente y se utilizan en Japón y U.S.A.. Tienen un mayor esfuerzo de tiro, debido a una buena tracción incluso en pistas en mal estado. De menores capacidades (3 a 5 m3),con grandes tractores de ruedas de tracción total. 7.3 PARTES ESTRUCTURALES. En esencia, una mototraílla consta de 3 partes: A) Elemento tractor y transmisiones B) Caja C) Suspensión 7.3.1 ELEMENTO TRACTOR Y TRANSMISIONES. Es el que mueve la máquina y en él está situado el motor y la cabina del conductor. El motor Diesel es turboalimentado, para disminuir los problemas de la altitud. Su potencia llega a los 550 CV. Existen mototraíllas que llevan además otro motor, situado en la parte posterior de la caja, son las llamadas traíllas de dos motores, y que permiten un aumento de tracción al utilizar la carga sobre las ruedas posteriores (en este caso motrices también) como peso adherente. Esto mejora la tracción en fuertes pendientes y ayuda a reducir el tiempo de carga. Las transmisiones son hidrodinámicas y constan de: convertidor de par, caja de cambios, diferencial y mandos finales planetarios. Generalmente todas las marchas son de ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( ' (
- 142. 7.3 servotrasmisión, por lo que no hace falta el embrague, ni desacelerar al cambiar de marcha y de cambios automáticos accionados eléctricamente. 7.3.2 CAJA. La caja está abierta por su parte superior, y dotada con movimiento ascendente y descendente, provista en su borde de ataque de una cuchilla recambiable para hacer el corte o excavación al terreno. La caja consta de dos elementos importantes: la compuerta y la placa eyectora la compuerta situada en la parte frontal, es del tipo "sector", y sirve para cargar, mantener la carga y descargar (abriéndola o cerrándola). la placa "eyector", colocada en la parte posterior, sirve para empujar el material al efectuar la operación de descarga. BALANCÍN COMPUERTA Fig. 7.5 Compuertas y Placa eyector avanzando en descarga. 1) Eje de basculación. 2) Cuchilla de corte reversible Los fabricantes para cada modelo dan las siguientes capacidades: - Carga especificada en Kg, es la máxima que puede llevar. - Capacidad al ras en m3• - Capacidad colmada en m3, que corresponde a una densidad determinada, ej. 1,4 t/m 3• Teniendo en cuenta la densidad de cada caso, se determina la capacidad en m3 en función de la carga especificada en Kg. La capacidad de la caja puede llegar a los 40 m3• En la parte posterior de la caja, lleva un eje de ruedas neumáticas (siendo motrices si la mototraílla es del tipo "2 motores").
- 143. 7.4 7.3.3 SUSPENSIÓN. El elemento de unión entre la caja y el elemento lractor, tiene forma de "cuello de cisne", y en el se encuentran: a) Cilindros hidráuJicos de dirección (fig.7.6.), el ángulo de giro es de 90°, de manera que puede dar la vuelta en un espacio menor que su longitud total. b) Cilindros hidráulicos de suspensión de la ca1a (fig. 7.6), son 2 cilindros que permiten la elevación y descenso de la caja. c) Balancín de apertura de la compuerta de sector (fig. 7.6,), que abre y cierra la misma. A e Fig. 7.6. Traílla convencional, enganche automático frontal. 7.4 CICLO DE TRABAJO DE LAS TRAÍLLAS. Consta de cuatro fases, que se representan en Ja figura 7.7 y que son: 1ª Carga. 1ª FASE: Carga. - Se baja la caja. 2ª Transporte. - Se levanta la compuerta 3ª Descarga. 4ª Retorno. BALANCÍN B CARGA h ( ( ( ( f '( f ' ( ( ( ' ( ( ( ( ( (
- 144. 2ª FASE: Acarreo. - Se levanta la caja. - Se baja la compuerta. 3ª FASE: Descarga. - Se baja la caja hasta la altura deseada. - Se levanta la compuerta. - La placa eyectora fuerza el material a salir. 4ª FASE: Retorno. - Se levanta la caja. - Se baja la compuerta. 7.4.1 CARGA. 7.5 EYECTOR El proceso de carga se realiza de esta manera: TRANSPORTE DESCARGA· RETORNO Fig. 7.7 Ciclo de trabajo. El operador, una vez colocada la máquina en posición, actúa sobre el balancín de apertura de la compuerta de sector para abrirla, y acciona los cilindros de suspensión de la caja haciéndola bajar (con la máquina en marcha), hasta que ésta se apoye en el terreno y la cuchilla penetre en el mismo, cogiendo un rulo de terreno, de manera similar a un cepillo de carpintero. El espesor de la capa arrancada es aproximadamente de 25 cm. Al avanzar la máquina, el terreno va llenando la caja, empujado por el material que sigue penetrando en ésta. Al estar la altura de la cuchilla fijada por los cilindros de suspensión, la mototraílla corta el terreno por tongadas paralelas a la línea de pendiente, dejando el corte nivelado. En esta fase de trabajo es cuando el motor necesita desarrollar toda su potencia. Las traíllas convencionales de un sólo motor y tracción solo delantera no tienen tracción suficiente para cargar la totalidad de la caja. La resistencia a la carga depende de la resistencia al corte del suelo, y de la resistencia que ofrece el propio material que está llenando la caja, al que va entrando. Después de cargada aproximadamente la mitad de la capacidad, la resistencia que opone el material que hay dentro es tan grande que no deja entrar más material, sino hay la ayuda de un tractor empujador, el cual acorta también el tiempo de carga.
- 145. 7.6 Una regla empírica, en lerrenos de Lipo medio, para calcular el esfuerzo de lracción necesario para la carga, es que se necesita 1 Kg. de esfuerzo de tracción por cada Kg. de carga, (el Ej. 7.5 determina la carga máxima que puede cargar una mototraílla de un sólo molor sin ayuda de otra máquina). Siempre que sea posible es conveniente efectuar la carga cuesta abajo para disminuir las rcsislencias al movimienlo. La zona de carga debe mantenerse bien nivelada y sin baches. 7.4.2 ACARREO. Una vez cargada la mototraílla, el maquinista cierra la compuerta de sector mediante el balancín, para que no salga el material y acciona los cilindros de suspensión que levantan la caja para que el fondo de la misma no roce con el terreno, quedando el conjunto apoyado en las ruedas posteriores y en las del elemento tractor, siendo posible alcanzar velocidades altas, hasta 45 Km/h. En los recorridos de ida y retomo, 2ª y 4ª fase del ciclo, conviene aprovechar las máximas posibilidades de velocidad de las máquinas, manteniendo los itinerarios en buenas condiciones con motoniveladoras expresamente dedicadas. La amortiguación no es como un automóvil, y con el gran peso, si hay baches, el impacto es grande y ocasiona lesiones a los conductores, lo que es importante en el capítulo de seguridad e higiene. En obras de importancia, es conveniente proyectar unas pistas de acarreo exclusivamente para las mototraíllas, dándoles amplias curvas (en el caso de que existan), regándolas para evitar el polvo, e incluso zonas de aparcamiento para el caso de averías. 7.4.3 DESCARGA. Al llegar al punto de vertido, el maquinista levanta la compuerta de sector mediante el balancín y entra en acción el eyector, que avanza dentro de la caja (en el mismo sentido que la marcha de la mototraílla), expulsando el material contenido en ella por la parte delantera. Mediante los cilindros de suspensión de la caja (elevándola o bajándola), se puede regular la altura de la capa formada por el material expulsado, extendiendo así un espesor nivelado por la cuchilla. Es necesario y económico aprovechar el peso de las mototraíllas para una previa compactación. '( ( ( ( ( ( ( ( { ( ( ( ( ( ( ( l
- 146. 7.7 7.5 MÉTODOS DE EXCAVACIÓN. Se analizan los dos siguientes: a) Carga longitudinal intermitente. Consiste en bajar y subir la cuchilla, con lo cuál la superficie del terreno queda ondulada. Se realiza en los casos en los cuales se trabaja con materiales livianos o sueltos para evitar que se amontonen frente a la cuchilJa y la compuerta de la trailla, y dificulten la entrada de más material. J? 1 A,/, r' >;p >;> .¡,.,< ¿; r >.» > >7>2>.t,), ~ ,,,,, , 7 ..., P , ·" -'J)..,,/ ¿1 ;t Fig. 7.8. Carga intermitente. Avance longitudinal. b) Carga mediante cortes alternados transversalmente. Es para obtener cargas rápidas y colmadas. Consiste en ir dejando cortes longitudinales en el terreno con suficiente material para cargar una traílla, de modo que queden unas elevaciones para posteriores pasadas. El ancho de los espacios intermedios ha de ser menor que la distancia entre las ruedas de un mismo eje. 7///??!?d n t,·? "3" "t, n ,,:?»Ur , , o-------3 rn --~---2'5 --+--- 3 m - Fig. 7.9 Carga alternada. Sección transversal. (1)/(2) cortes. (3) se corta en la siguiente pasada. 7.6 FORMACIÓN DE TALUDES Y ZANJAS. EXCAVACIÓN EN ESCALONES. Consiste en ir haciendo cortes en el terreno, despla1líndolos horizontalmente uno de otro a una distancia que defina el talud que se quiere conseguir. De esta forma se obtendrán una sene de escalones, que mediante una motoniveladora darán el talud. Este método sirve para la excavación de canales de grandes dimensiones, procediendo simétricamente por cada uno de los laterales. Para el corte de zanjas en V, es muy parecido.
- 147. 7.8 Fig. 7.10. Excavación en escalones. 7.7 TÉCNICAS DE EMPUJE DEL TRACTOR EMPUJADOR. La misión del tractor empujador es ayudar en la carga a las traillas convencionales de un sólo motor, por los motivos antes explicados. SEHTIOO DE AVANCE .EMPOJAOOR TRAILLA Fig. 7.11. Carga con tractor empujador. (1) Tope de empuje. (2) Compuerta levantada. El tractor empuja sobre el "Tope de empuje" de la mototraílla, situado en la parte posterior de la caja. Es recomendable que los tractores vayan equipados de hoja con amortiguador, lo cuál les permite empujar haciendo contacto hasta 4,8 Km./h. La necesaria intervención de los empujadores obliga a tener un número de mototraíllas suficientes para que tengan empleo continuo. Es equivocado perder tiempo para completar la carga de una mototraílla, porque la pérdida de tiempo en una unidad en esta fase, retrasa todo el conjunto de unidades, mientras que una carga incompleta no afecta a las demás. En la práctica el empujador actúa hasta que ve rebosar material mientras no haya llegado otra traílla, en cuyo caso cesa el empuje y se prepara para la siguiente. Es muy importante para reducir el ciclo de carga, dar la profundidad de corte necesaria en cada caso. Esta profundidad de corte depende de varios factores: ( ( ( 'r ( '( ( (
- 148. 7.9 - Tipo de material a cargar. - Tiempo invertido. - Potencia del tractor de empuje. El conductor de la mototraílla debe llevar la máquina de forma que sea principalmente el empujador el que realice el esfuerzo de carga, así se evitará un desgaste excesivo de neumáticos. El conductor del empujador procurará mantener siempre la línea recta, ya que cualquier desviación representará un desgaste importante de los neumáticos de la traílla, y reducción de la velocidad. Cuando los neumáticos del tractor de la mototraílla comien7..an a girar en falso hay que disminuir el corte levantando la caja, lo mismo se puede decir cuando el empujador comience a patinar. Si el empujador no lleva hoja amortiguadora, lo cuál no es normal en el trabajo de éste, se suele soldar algún dispositivo en el tope posterior de la trailla para evitar la carga concentrada sobre la hoja del tractor. De cualquier forma debido al gran ancho de la hoja empujadora es fácil producir las desviaciones antes mencionadas, que ocasionan desgaste en los neumáticos de la traílla. Por ello, si los conductores no son muy experimentados en lugar del método de empuje, puede ser aconsejable el método de arrastre (pull), enganchando el empujador al enganche automático frontal de la traílla (fig. 7.6). 7_g CICLO DE TRABAJO DEL EMPUJADOR. Sistema en cadena: El tractor (P) empuja a la traílla (Sl) durante el corte o carga que oscila entre 20-25 metros de distancia de (A) a (B), aunque la traílla empieza a cargar sin el empujador, mientras éste hace su maniobra. Una vez subida la cuchilla, después de terminada la carga, el tractor debe seguir empujando unos 5 m. que es la longitud necesaria para que las ruedas traseras suban el escalón que ha dejado en el corte y ya la traílla sale por sus medios (Fig. 7.12). Fig. 7.12
- 149. 7.10 Normalmente el sistema que se utiliza es el de carga en cadena. La maniobra del lraclor debe ser la mínima, es la traílla la que le busca. El tractor (P) retrocede en ángulo unos pocos metros de B a C, justo para dejar que la trailla siguiente (S2) vaya al corte que dejó la anterior. Puede ser en ángulo como en la figura 7.13 o marcha atrás en línea recta hasta prácticamnete el punto anterior A, dependiendo del ancho de la zona de trabajo. Si el circuito es cerrado, la trailla S2 puede venir como indica la S/ . Fig. 7.13 Conciciones de carga Ciclo (min.) Favorables 1,2 Medias 1,6 Desfavorables 2 Tabla 7.1 Tiempo del ciclo del empujador. TP El tiempo del ciclo del empujador depende de las condiciones de carga favorables, medias o desfavorables, y en él está incluído el tiempo de carga de la traílla, tabla 7.14. - FAVORABLES: Si el préstamo es grande para realizar maniobras fáciles, terreno ripado previamente,carga cuesta abajo, y usando un tractor empujador equilibrado con el tamaño de la traílla. - DESFAVORABLES: las opuestas. 7.9 MOTOTRAILLA CON ELEVADOR DE PALETAS (SCRAPER ELEVATING). La potencia necesaria en la fase de carga (aproximadamente del 150 al 200% de la necesaria en fase de transporte) es debida a los motivos anteriormente explicados: rozamiento de la cuchilla con terreno, penetración de la cuchilla en el terreno y rozamiento interno del material cargado, empujado por el que está penetrando. r ( r ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (.
- 150. 2.44 m 7.11 2.44 m LIIL_L....::::~--==~_,____l!J_--1----_L ,________ 3.94 m f------ Caja levantada (9.78 m.l Caia al nivel del suP.lo (10 R m Fig. 7.14 Traílla ID762 (8,5 m3) con elevador de paletas (1). f (Arriba) 12.84m.) (Abajo) (2.62m) Con objeto de aumentar la producción y disminuir estas resistencias, se ha desarrollado la mototraílla con elevador de paletas, montado en la parte delantera de la caja, con la misión de facilitar la carga. La diferencia con las traíllas convencionales es la forma de carga y de descarga que se describe seguidamente. 7.9.1 CARGA. Las paletas del elevador, montadas sobre 2 cadenas sm fin, arrastran el material excavado por la cuchilla (dotada generalmente de dientes) al interior de la caja. Las cadenas están dotadas de movimiento propio (independiente del avance de la máquina) mediante un motor hidráulico colocado en la parte superior del elevador. La mototraílla autocargable carga sm ayuda lamayoría de los materiales. Hay excepciones, como son: las piedras grandes, la caliza partida, la roca volada y cualquier otro material que rompa en fragmentos demasiado grandes, para pasar entre las hojas del elevador y el borde cortante. El elevador no es un triturador de roca y no debe emplearse como tal. El elevador, cuando se encuentra con una piedra demasiado grande, lleva un dispositivo de giro que hace elevarse la parte inferior del mismo, para no dañarle; penetra la piedra en la caja y rápidamente vuelve a su posición inicial.
- 151. 7.12 CD Fig. 7.16 Montaje flexible del elevador (1). Fig. 7.15 Elevador de paletas (2). Motor hidráullico (3). Los suelos con un alto contenido de humedad y una gran cohesión interna, pueden adherirse al elevador, apelotonándose y creando gn·-,les vacios en la carga. El elevador produce un desmenuzamiento del material lo que motiva que la caja pueda llenarse en su totalidad sm dejar huecos. La capacidad de carga, es aprovechada al máximo al producirse una distribución uniforme y mejor compactada. 7.9.2 DESCARGA. La posición del elevador, en la parte delantera de la caja, hace que no sea utilizable el dispositivo de descarga utilizado en las mototraíllas convencionales (compuerta de sector). Fig. 7.17 Carga Fig. 7.18 Descarga Para la descarga, el suelo de la caja se desplaza hacia atrás, a la vez que el cyector empuja el material directamente sobre el terreno, dónde es extendido y nivelado por el borde posterior. ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( (
- 152. 7.13 EYECTOR Fig. 7.19 El suelo de la caja se desplaza para el extendido. 7.10 MOTOTRAILLAS DE DOS MOTORES Esta mototraílla con motor delantero y posterior sobre las ruedas traseras, permite aprovechar el peso total de la máquina para el esfuerzo tractor y esto, unido a la gran potencia total, les permite ser autocargables sin ayuda de un empujador. Las mototraíllas de 2 motores se complementan con una 2ª mototraílla dispuesta en tándem con la primera, trabajando en pareja y recihen entonces el nombre de mototraíllas de empuje y arrastre, (push pull scrapers). Fig. 7.20 Mototraíllas cargando por el sistema empuje-arrastre. Dispositivo de acoplamiento: Llevan en su parte delante el elemento de enganche constituído por un tope elástico de empuje y un fiador, y en la parte trasera el tope de empuje y el gancho. Para la unión de ambas mototraíllas, baja el fiador y se engancha a la mototraílla que va delante, este enganche es automático al chocar una con otra y el desenganche se realiza desde la cahina por el conductor actuando sobre un cilindro hidráulico. La fase de carga se realiza en 2 etapas: 1ª Etapa: la mototraílla trasera vacía empuja a la delantera, mientras ésta carga, hasta que está totalmente cargada. 2ª Etapa: la mototraílla delantera, ya cargada y con la caja elevada, tira de la trasera
- 153. 7.14 mientras carga esta última. De esta manera utilizan conjuntamente la potencia de ambas para cargar cada una. Concluida la fase de carga se desenganchan y termman su ciclo por separado. El trabajo por parejas exige que los maqmrustas estén muy pendientes entre sí, porque si hay desfases y uno llega al corte antes que el otro, y tiene que esperar para la carga, entonces no lo hace y carga por separado; el tiempo de carga es entonces prácticamente el doble y se pierden las ventajas de la pareja. Debido a lo anterior, si se necesitan vanas parejas se complica el trabajo y resulta más económico utilizar traíllas convencionales y un empujador. 7.11 UTILIZACION Y COMPARACION DE MODELOS DE MOTOTRAILLAS. La utilización del tipo adecuado de mototraílla, en cada clase de trabajo, depende de una serie de factores económicos: Material excavable, duración de neumáticos, resistencia a la rodadura, pendiente, distancia de acarreo, costos: carga, acarreo y relleno, disponibilidad mecánica. Es rentable su utilización en una obra a partir de los 500.000m 3, y principalmente s1 pueden cargar cuesta abajo. Dado que realiza el corte y extendido, s1 el material se destina a vertedero, tienen menos interés. Hay que procurar que el circuito de recorrido sea independiente de otros vehículos, y si es posible que sea cerrado, es decir, una pista de acarreo y otra de retorno. El material ideal para cargar mototraillas es arcilloso ligero. Los arenosos secos y limpios, y arcillosos húmedos se cargan mal, y los muy pegajosos, a la hora de descargar, quedan adheridos a las cajas; en terrenos pizarrosos y con un ángulo de estratificación no muy elevado se puede cargar el material bien (aunque no con buenos rendimientos). Se facilita la carga de los terrenos arenosos secos regando previamente, lo cual beneficia posteriormente en la compactación. En terrenos duros, es conveniente escarificar previamente antes del corte porque aumenta la profundidad de éste, dismmuyendo la longitud del mismo y por consiguiente el tiempo de carga. Cuando se escarifica conviene que sea distinta la zona de corte de la de escarificado de forma que no se produzcan interferencias entre ambas. ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( ( ( ( (
- 154. 7.15 Si el terreno se humedece mal, el escarificado permite que penetre me1or el agua, y se necesilan cisternas regadoras delante de la traílla en el corte, lo que complica, pero por otra parte la humedad facilita la carga. La zona de corte debe estar bien nivelada, sin baches, zanjas o piedras, lo mismo que la de acarreo, y esté exenta de polvo, necesitándose una motoniveladora y una cisterna. Fig. 7.21 MATERIAL CARGA DESCARGA Arcillosos ligeros secos B B Arcillosos pesados B M Arenosos secos y limpios M M Terrenos pizarrosos (Bajos rendimientos) B R Duros Escarificar antes B Roca con fragmentación uniforme y % de finos. Tamaños < Abertura de salida. B B Tabla 7. 2 Material excavable con traílla. MODELO DE TRAILLA CONVENCIONAL DE 1 MOTOR CON ELEVAOOR DE PALETAS DE 00S MOTORES EMPUJE-TIRO TIPO DE MATERIAL Hasta roca escarificada Hasta el tamaño de grava Hasta el tamaño de grava fina DURACION DE LOS Entre 800 h. (roca vo- Entre 600 h. (grava gran- Entre 400 h. (roca escarifi- NEUMATICOS lada) y 3000 h. (arena) de) y 2500 h. (arena) cada) y 2000 h. (arena) RESISTENCIA A 10-15 cm. penetración < 12 penetración 25-30 cm. penetración LA RODADURA neumático 20-50 Kg/t neumático 20-50 Kg/t neumático > 50 Kg/t
- 155. 7.16 Ventajas de las traíllas de empuje-tiro (push-pllll) sobre lo otros modelos. Son derivadas de su mayor lracción al tener dos motores, o sea: - si en el trayecto de acarreo hay pendientes posilivas. - cuando el vertedero eslá mojado, enlonccs se atasca menos. - si predominan las condiciones de humedad, como suele ser en el Norte de Europa, pero en climas secos, como en España, lienen menos ventajas sobre las convencionales con lraclor empujador. - s1 el material es duro, carga mejor la convencional con tractor empujador. Utilización de las traíllas con elevador. Cuando las condiciones del material son muy buenas, tierras blandas y sin piedras, entonces la carga es muy rápida; respecto a las distancias, son más interesantes en distancias cortas, de 200-500 m., ya que las laras son mayores, y entonces predomina la carga, en la cual tienen ventaja. :~ J.,,,;,t.~-,,"flJ'"'3l-.:r'-"~:r-:J~ ":!í'l:Si.,Jt'2t'CM11:.~ ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 156. 7.17 MODELO DE TRAILLA CONVENCIONAL DE 1 MOTOR CON ELEVADOR DE PALETAS DE DOS MOTORES EMPUJE-TIRO INDEPENDENCIA Necesita un empujador Totalmente independiente Debe trabajar por parejas PENDIENTE SUPERABLE 8 % 7 % 30 % DISTANCIA DE > 200 - 300 m. > 150 - 200 m. > 150 - 200 m. ACARREO < 2000m. < 800 m. < 1600 m. COSTOS: Carga medio bajo mayores Acarreo bajo medio alto Relleno medio bajo medio DISPONIBILIDAD MECANICA 95 % 90 - 95 % 85 - 90 % Tabla 7.3 Comparación de modelos de mototraíllas. Las traíllas con elevador de paletas resultan más económicas que las convencionales al suprimir el empujador. La tabla 7.3 proporciona la comparación entre los distintos modelos de traíllas. Siempre hay que tener presente que tendrá menos averías cuanto más sencilla sea. CONVENCIONALES CAT 621, TEREX 14C CAT 631E, TEREX 24C CAT 651E, TEREX 46C Capacidad colmada m 3. 15,3 23,7 33,6 Carga t. 21 34 47 Potencia KW. 246 336 410 CON ELEVADOR DE MATERIALES CAT 613, J.D. 762 CAT 615, J.D. 862 CAT 623 Capacidad colmada m 3. 8,4 12,23 17,1 Carga t. 12 17 25 Potencia KW. 131 198 272 DE EMPUJE YARRASTRE CAT 627 CAT 637 CAT 657 Capacidad colmada m 3. 15,3 23,7 33,6 Carga t. 21 34 47 Potencia KW. 168 336 410 Tabla 7.4 Rango de modelos de mototraíllas.
- 157. 7.18 7.12 PRODUCCION. La expresión es: p = C X nº ciclos/h. X fh P = C x 60/Te x fh x Fw Siendo: P = Producción en m3/h de perfil. C = Capacidad de carga. Fw = Factor de esponjamiento. fh = Factor de eficiencia horaria. Te = Tiempo del ciclo en minutos. Para determinar el tiempo del ciclo se toma: - Tiempos fijos: Carga, descarga, aceleraciones, desaceleraciones, frenados y giros. - Tiempos variables: Dependen de la distancia de acarreo, la velocidad que puede conseguir en él y la velocidad de retorno. Para calcular las velocidades hay que estimar las condiciones del camino, o sea: - Resistencia a rodadura - Pendientes, si vuelven por el mismo camino, serán de distinto signo. - Coeficientes de tracción y el método expuesto en el Capítulo 2 y ejcrcicos del mismo. l VELOCIDAD DE ACARREO Kl.jb. REPARTO 8 - 13 13 - 24 24 - 48 (1) (2) (3) (1) (2) (3) (1) (2) (3) carga 0,8 1 1,4 0,8 1 1,4 0,8 1 0,4 Aceleración en carga 0,15 0,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 1 Descarga 0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7 2 Giros de 180° 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Aceleración y desaceleración y frenado (retorno vacía) 0,3 0,4 0,6 0,3 0,4 0,6 0,3 0,4 0,6 Tiempo total 2,05 2,6 3,5 2,2 2,8 3,7 2,4 3,1 4,2 Tabla 7.5 Tiempos fijos para mototraílla. Condiciones: 1) favorables, 2) medias, 3) desfavorables. La tabla 7.5 da unos tiempos fijos para mototraíllas, tanto convencionales con tractor empujador como de 2 motores y con elevador de paletas. ( ' < ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 158. 7.19 Cuando dos traíllas de 2 motores trabajan por parejas por el sistema empuje-tiro el tiempo de carga para cada una es la mitad del que figura en la tabla 7.5. Hay un incremento de productividad debido a: escarifacado, humidificación previa y carga cuesta abajo, ya que el efecto de la pendiente es equivalente a un % de aumento de esfuerzo tractor. 7.13 ESTUDIO DEL CICLO DE UNA TRAILLA CONVENCIONAL CON TRACTOR EMPUJADOR. Nº OPTIMO DE MOTOTRAILLAS. Cuando se utilizan traíllas convencionales es necesaria la utilización de un tractor empujador que se aprovecha para empujar varias traíllas, normalmente de 3 a 5 según distancias de acarreo. Con el fin de que no se produzcan esperas tanto por parte de las mototraíllas como por el empujador, hay que calcular el número Nº óptimo de traíllas, el cual es un número ideal o teórico no entero, eligiendo el número entero más adecuado. Principio de equilibrio: Si se consideran dos conjuntos con N1 y N2 elementos cada uno, que están perfectamente sincronizados, con tiempos de ciclos T1 y T2, se tendrá que sus frecuencias son las mismas, f1 = f2 , siendo: luego: N1 N2 x T¡/T2 Aplicándolo al caso de traillas: N,= nº de traíllas que puede empujar un empujador. NP= nº de empujadores. T•= el tiempo del ciclo de las traíllas. TP= el tiempo del ciclo del empujador. Conociendo pues los tiempos de los ciclos de las traíllas y del tractor empujador, con Np =l se determina N0 P; N0 P = 1 x T,/Tp N0 P es un número no entero y según se tome N,>NP ó N,<Np resulta la siguiente discusión: Ns TRAILLAS EMPUJADOR PRODUCCION COSTE (ptas/m 3) <Nop no esperan espera ---- minimo >NºP esperan no espera máximo ---- Tabla 7.6
- 159. 7.20 Los tiempos dd empujador, pueden tomarse de la tabla 7.5. Los ejercicios 7.1 y 7.2 explican como se reali7,an estos cálculos. La determinación de N, se puede realizar aplicando que el factor de acoplamiento Mach Factor (MF) sea óptimo: M.F. = Prod. equipo carga/Prod. equipo trans. = 1 NP x C x (60 / TP> = N5 x C x ( 60 / T5) resultando igual que antes. Se utiliza normalmente un tractor empujador tipo D9 con 3 mototraíllas de 34 t. de carga. 7.14 CURVA DE INCREMENTO DE CARGA. En una primera aproximación parecería que el coste más bajo se obtendría cargando la caja al máximo antes de que deje el corte. Sin embargo, ensayos realizados demuestran que la máxima capacidad reduce la producción, en lugar de aumentarla. Esto es debido a que al principio la tierra entra fácilmente, pero a medida que se va llenando la caja, la que entra encuentra mayor resistencia y el ritmo de carga disminuye, o sea, aumenta el tiempo de carga. Con los resultados de los ensayos de obra se establece una relación entre carga y tiempo que es la curva de incremento de carga. Se empuja una traílla durante 0,1 mm, se pesa la carga y se toma la media de diferentes pruebas. Se repite por incrementos de 0,1 min. sucesivamente hasta que se comprueba que no hay incremento de carga. Se dibuja la curva correspondiente. t 40 30 20 10 o,1 0 ,2 0,3 0,4 0 ,5 0,6 0 ,7 min Fig 7.22 Curva de incremento de carga. Tiempo de carga - toneladas. ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( ( (
- 160. 7.21 La curva de incremento de carga se complementa con una tabla, que puede hacerse para cada caso concreto de distancia de acarreo, en la que se determinan las producciones correspondientes a cada tiempo de carga, obteniendo así la producción máxima y el tiempo óptimo de carga. El ejercicio 7.4 explica el sistema ordenado de cálculo. La curva de la fig. 7. 23 muestra como varía el tiempo óptimo de carga y la producción, en relación con la distancia, para una traíJla de 15 m3. A cada distancia le corresponde un Top que aumenta al aumentar las distancias, lo que es lógico, porque va teniendo más importancia el tiempo de acarreo y retorno y la pro- ducción decrece. uso 1.1 r: ~, ·- c>,-.G"- -~ .~~--- 1 ~ 1.0 1 ,.... J qc¡_Y 1 ~~ <( V " ~ 06 / " 'ºº &? ¡,¿~ ~ -; - - - - - t-- ·-- ¡: ' 0.6 ' ~-1'oll "" t - - i-~o..., '- 50 o.4 ' r- ...... - o o l. o 'ºº 1200 1800 Z400 5001) D18TANCIA 01! ACARRCO CN MCTR!OS Fig. 7.23 7.15 APLICACIONES. Entre las aplicaciones más corrientes se citan las siguientes: A) Carreteras: Compensación de volúmenes en traza. B) Aeropuertos: Excavación del terreno. C) Obras Hidráulicas: Presas de tierra 7.16 VENTAJAS E INCONVENIENTES. Ventajas: a) Independencia. No dependen de otros equipos. b) Compromiso entre mejor carga y mejor acarreo. Las excavadoras, cargadoras,
- 161. 7.22 dragalinas, etc., sobrepasan sólo en carga y los canuones unicamente en acarreo. La capacidad de carga y acarreo es una ventaja en muchas obras. c) Depositan la carga en capas delgadas uniformes, que facilitan las operaciones de extendido. d) Alta producción en condiciones favorables y economía de mano de obra. e) Descargan al progresar sobre la traza y van creando una compactación previa al ir ( ( ( ( ( r ''( circulando. ( f) Son rentables hasta 1200 m. (1993). Sin embargo, los inconvenientes que presentan son: a) La limitación en la profundidad de corte no permitiendo mezclar capas estratificadas (tierras mezcladas). b) Sensibles a las condiciones meteorológicas, con bajo grado de aprovechamiento. No obstante, se puede hacer una preparación de caminos después de la lluvia. c) Poca altura libre sobre el suelo, lo que exige pistas bien cuidadas y niveladas. d) Necesidad de conductores experimentados. e) Maquinaria de elevado coste de adquisición y operario. f) Mayor consumo de combustible que otros medios de transporte. El consumo es de 1 1/m3 de perfil, en 300-400 m. de distancia, frente a los 0,65 1/m3 de los dumpers. g) Las distancias de acarreo están limitadas. h) Las traillas dan averías, y conviene tener una de repuesto. Los resúmenes siguientes dan una comparación con otras soluciones para excavaciones superficiales. EQUIPOS PARA TRACTOR Sin escarificar ••.•..•.....•.• Tierras EXCAVACIONES CARGAOORA Escarificando rentablemente ..• Rocas (v<2000 m/s) SUPERFICIALES CAMIONES Voladuras ..................... (v >2000 m/s} Sin escarificar .•.•••.•.•..... Tierras MOTOTRAILLAS Escarificando ...•.•...•.•....• Tierras muy duras Límite de costo ...........•... Distancias Tabla 7.7 ' ( ( ( ( ( (
- 162. 7.23 90 75 60 1 @ ! I 1 . bJ ' 1 ! JI ! +J ~ 1 ~ I ! ' .,i,,,- i ---- ' / ¡j 11 1 ..,· I !1 -- .. 2 I ! .,,,..~... ' ® I ,,,._,, . / ,,,..- • ¡,, -. - 15 ,,/ Excavadora 7 cornione~ (.) / ' 1 o N 1 11 1 1 ' o o - - - - E•plonadoro _ _ Mototraillc¡. 1 1 ' 1 1 1 1 1 o o o o o o o o N "' ,r _, : '1' 1 o o o ------- OIS TAN CIA S .. 1 8 o N Fig.7.24 Costes de diversos equipos en función de distancias 1- Bulldocer, costo más alto que trailla en 40-80 m. 2- Traillas, más bajo que e. ·::ivadora y camión, basta 1200 m. 3- Excavadora y camión más bajo, a partir de 1200 m. 7.17 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS. EJERCICIO 7.1 Varias mototraíllas excavan y transportan hasta una distancia de l.000m., estando cargadas de 20 km/h y en vacío 40 Km/h. Consultadas tablas para estas velocidades dan los siguientes tiempos fijos en minutos: Carga 1 Descarga-giros 0,5 Aceleración-desaceleración 0,8 Las mololraillas son ayudadas para la carga por un tractor de cadenas que invierte cada vez, entre posicionarse y empujar, un tiempo total de 2,2 minutos. Calcular cuántas traíllas puede empujar el tractor. Solución: Se cakuJa el tiempo del ciclo de la mototraílla: tiempo fijo= 1 + 0,5 + 0,8:;;: 2,3 minutos
- 163. 7.24 tiempo variable = tiempo ida + tiempo retorno t ida t retorno = 1000 m 20000 m 60 m 1000 m 40000 m 60 m tvar. = 4,5 = 3 minutos = 1, 5 minutos tiempo ciclo = 2,3 + 4,5 = 6,8 minutos Llamando N al número de traíllas; Ts al tiempo del ciclo de la traílla; T, al tiempo del ciclo del tractor y sabiendo que se debe cumplir que el número de ciclos de la trama (Ns) debe ser igual al del tractor (N1) se cumplirá: Nxl:8= 6 ' EJERCICIO 7.2 1 X l:_ 2 2 , Nx 1 X 8 =N=6 2= '2' 3,09 = 3 traillas Se va a realizar un trabajo de excavación de 50.000 m3 en perfil con mototraíllas ayudadas por un tractor empujador siendo necesario calcular el número de mototraíllas necesarias en cada caso para la carga y transporte del material excavado. La carga útil de cada traílla es de 26,7 t y la distancia de transporte 2,0 Km, suponiendo una velocidad de acarreo de 27 Km/h. la velocidad de retorno en vacío es de 45 Km/h. Se supone un costo diario del tractor de empuje de 56.000 Pts., y un coste diario de cada mototraílla de 108.000 Pts. El tiempo de carga de la mototrailla es de 0,8 minutos calculándose un tiempo empleado en aceleraciones, giros y descargas de 2 minutos. El tractor recorre cada vez una distancia total de 150 m. a una velocidad de 6 Km/h entre el punto de origen y el punto de empuje y retomo. Se suponen jornadas de 8 horas y factor de eficiencia de 0,8. Densidad en banco del material: 1,78 t/m3 • Se pide: 1) Determinar el número de traíllas necesario, plazo de ejecución en días y coste total de la operación en los casos siguientes: ( ( ( ( ( ( ( { ( '( ( ( ( { ( (
- 164. 7.25 La) Con el mínimo coste del m3 con la máxima producción. 1.b) En el mínimo plazo de ejecución con el mínimo coste. 2) Representar gráficamenle los costes y producciones obtenidas en los casos de empleo de 3,4,5 y 6 mototraíllas. Solución: Ciclo del tractor: Ciclo de la traílla: tP = 0,8 + d/v, donde d = 150 m y v = 6 Km/h tP = 0,8 + (150 / 100) = 2,3 min. 100 m/min. Vida = 27 Km/h = 450 m/min V ret = 45 Km/h = 750 m/min tida = 2000 / 450 = 4,44 min t,et = 2000 / 750 = 2,66 min tcarga + lrnaniobra = 0,8+2 = 2,8 mio Total: T5 = 9,9 mio Aplicando la fórmula del texto, N, = Ts / Tp =9,9 / 2,3 4,3 Se pueden considerar 4 ó 5 traíllas. Si se consideran 4 traíllas, espera el tractor (habrá menos coste y menos producción). Si se ponen menos traíllas que 4, caso de 3, las traillas consumen su tiempo exacto del ciclo, igual que en el caso 4, el tractor espera más.La producción y los costes disminuyen. Si se consideran 5 traillas, esperan las traíllas, y el tractor trabaja a tope, habrá más producción, pero aumenta el coste. Si aumentan las traíllas (caso de 6), ya no aumenta la producción, porque el tractor no puede aumentar sus ciclos. La producción es la misma que antes pero aumentan los costes. Por consiguiente el mínimo coste con la máxima producción corresponde a 4 traíllas (La), y la máxima producción con el mínimo coste es para 5 traíllas (1.b). La producción por traílla es: P=Cx siendo C = 26,7 t / densidad = 26,7 / 1,78 15 m3 p = 15 X __§_Q_ X Ü 8 = 72,72 m3 /h 9,9 ' Coste horario (se supone jornada de 8 horas): - del tractor: 56000 / 8 = 7000 pts/h - de la traílla: 108000 / 8 = 1.3500 pts/h
- 165. 7.26 coste pts/m3 = coste total / h produce. total / h - Caso de tres traíllas: P10101 = 3 x 72,72 = 218 m3 /h Coste (pts/m 3) = ( 3 x 13500 + 7000) / 218 = 218 pts/m 3 Coste total = 50000 x 218 = 10,89 millones pts Plazo = 50000 / (218 x 8) = 29 días - Caso de cuatro traíllas: P101• 1 = 4 x 72,72 = 291 m3/h y análogamente Coste (pts/m 3) = 209 pts/m 3 ; Coste total = 10,45 millones pts ; Plazo = 22 días - Caso de cinco traíllas: Hay que calcular el tiempo del ciclo, en el cual ya está incluida la espera. Vendrá dado por la fórmula: N, = t, / tP como N, = 5 y tP = 2,3 min, t, = 5 x 2,3 = 11,5 min, cada traílla espera 11,5 - 9,9 1,6 min p = 15 X 60 X Ü, 8 = 62, 6 m3 / h 11,5 P101at = 5 X 62,6 = 3l3 m3/h Coste (pts/m 3) = ( 5 x 13500 + 7000) / 313 = 238 pts/m 3 Coste total = 50000 x 238 = 11,9 millones pts Plazo = 50000 / (313 x 8) = 20 días - Caso de seis traíllas: estas esperan más que antes. Como N, = 6 y tP = 2,3 min, l, = 6 x 2,3 = 13,8 min, cada traílla espera 13,8 - 9,9 = 3,9 min • p = 15 X ~ X Ü, 8 = 313 m3 / h 2,3 y análogamente Coste = 281 pts/m 3 ; Coste total 14 millones pts ; Plazo = 20 días COSTE Ptas.ln? 3 ' 4 í oplimo ficlócio pts/m3 nº traillas 5 6 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( { ' ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 166. ,,,. 7.27 EJERCICIO 7.3 En una obra de autovía se van a utiliza traíllas, siendo los datos de obra los siguientes: Se pide: Distancia de transporte Resistencia a la rodadura Producción real medida en perfil Eficiencia horaria 600 m. 20 Kg/l 352 m3/ h 0,82 1) Hacer un estudio comparativo entre los tres tipos de traíllas: Convencionales, Autacargables y Push-pull, determinando que maquinaria hay que seleccionar para obtener menor coste del m3 transportado, indicando cuál es el 1º' equipo, el 2º y 3º en orden creciente de precios. 2) Calcular dicho coste mínimo 3) calcular el importe de la inversión en el equipo elegido. Para el cálculo del coste horario de los distintos modelos se tomará el 0,26 1 y deberá agregarle el coste del conductor, estimado en 2500 pts/hora. En el caso de traíllas convencionales considerar: Velocidad de acarreo: Velocidad de retorno: Tractor empujador necesario: Traillas modelo 621E: D8N. Traíllas modelo 631E: D9L. Traíllas modelo 651E: D11 ó 2 unidades D9L. 22 Km/h 36 Km/h Tiempo empleado por el tractor empujador en recorridos y maniobras, excluído el empuje de la traílla: 0,6 minutos. 621 E 480r--.----,---- .-- .--,----,---,---.--r-~-~ Condiciones Camino de acarreo plano Los porcenla¡es de es1a 9,a11ca corresponden sólo a la res~tenc,a a la roc:1adura Efic1enc1a 100 % 1 60 m1n. de 1rabajo hOra) g:~;~d~~l.d;~i;:¿e~~~ ~ ,. 1 7~ ~~:J Peso sin carga J0.479 lc:g T1emoo h10· 1.4 mmulos. m' 1.120 MOTOTRAILLAS CONVENCIONALES 651 E 1 1 1 1 1 1 Condoones: Camino de acarreo plano. 1 Los porcenta¡es de-esta gráfica corresPOnden oc___ _..__ _..__ _,__ _,__ ____¡__ _,__ _,__ _1__ _1__ _;__ _J 200 400 600 800 1.000 metros DISTANCIA EN MEDIO CICLO 631 E Cond1c,cnes Carr,1na ae acarreo ::ilanc ~o:. o•.>1.::e11 la;e~ ót:, -?bid (_:jra!1ca corresoonoer sola a a ·es,s·,erc,a a •a rooaoura Ehcierc,a 1 00 ": :60 mir oe ,,aoa1 o "Ora, Dens,oao cc1 maie,1.JI 1 7'80 .«~r.-·' 960 1 ~ 640 '' ' 480 320 sólo a la resistencia a ta rOdadura Eficiencia: 100 % (60 m1n. de trabajo/hora). g:i;:!i/!~.~:¿e~:·_1:s~ ~~3 Peso sin carga: 59.420 kg. Tierl)po fi¡o: 1.3 minutos. '............ ' ..... r--..... ........... --..r--,...~ 'r--.... ...!',.. --..._ - - - Carga ut•, 3..: 000 1<g , 19. · r t'I Peso :,,n :a;rga .13 9,15 ;¡_g ! 7 --i ~ ......... ---r--_ -- T1emoj '1¡0 1 3 n-1nutos i 160 ....... -- ---~ -- o 2% 6% 0% 1 200 400 600 800 1 000 1.200 1 400 1.600 m DISTANCIA EN MEDIO CICLO º-------~ 200 JOO 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 metros DISTANCIA EN MEDIO CICLO
- 167. m3 1.12o 960 7.28 TIRO Y EMPUJE (Push-Pull) 657 E - PP 1 1 1· 1 ~ 1 1 I_ - Condioones: Camino de acarreo plano. Los porcenlaJe5 de es1a grál1ca corresponden sók> a 1a ,esis1encia a 1a rodadura. - Et1cienoa: 100 % (60 min. de traba,~C)(a). g:~::~/:~.'0~e~~~:_1~~ ~:~ - Poso sm carga. 72.120 kg. Tiempo 11,0. 1,7 minutos. - 800 .~ 640 480 ~)O 320 160 o m3 640 480 '··~- 320 ::_,¡ ·. ~ ~ .. ~0 160 o m3 480 " ~ ~'~ 'r." ' 200 ~ ~r--.... i'--.. ............. r--.. ,._ - r--,_"'- ......... --i-- "-- -...... N ..._ r-- ~ r-- r-... r--. r-r-- t-- - 400 600 800 1.000 1.200 1.400 DISTANCIA EN MEDIO CICLO 637 E - PP 1 1 1 1 1 1 1 Condicaones: Camino do acar,eo plano. r-- -- 2% 6% 0 % 1 1.600 m, Los por,;entaJes de esta gráfica couespondtn sólo a la ,esis1eneia a la rodadura. El,ciencia: 100 % (60 m1n. de traba¡qiho1.!J. - g:;e1:1 :d~- ~e~~'.:_1.,7:~ ~~3 ""~ ... Peso sin carga: 52.385 kg. Ttempo t1 1 0: 1,6 minutos. Ni'--..r-,..,, ~ - ............. 200 400 -.. """ - ........ r--r-- - ,- - - ..._ - -- -~ 600 800 1.000 1.200 1.400 DISTANCIA EN MEDIO CICLO 627E - PP 1 1 1 1 1 1 1 Condiciones: Camino de acarreo plano. 1 - 2% 6% 0% 1 1.600 m• Los Porcen1a1 es de esla grahca. corresponden - sólo a la resistencia a la rodadura. Elioencia. 100 % (60 min. Oe trabaiqtiora). - 320 ~ g:~;:~1il: d;~ .~:~e~~~ :.1f~ ~~~J ~ Peso sin carga: 36.130 kg. ~ :=::::::.._ l o , 160 ....¡-.....;r--. i-..... o 200 400 Tiempo r~o: 1,5 minutos. =-- - i-- ._ - ---- 600 800 1.000 1.200 DISTANCIA EN MEDIO CICLO 1.400 - 2% 6% 10% 1.600 me· 480 1i o 320 ! ü z á!i ~ 160 l o MOTOTRAILLAS AUTOCARGABLES 615C 1 1 1 1 1 Condlc10nes: Cam,no de acarrl'IO planO. Los porcentaíes oe esla grjfica Q)l'f8s;ionden 50'0 a ta, res1s1anoa a ta rodadura. Eí!Clenoa: 100 % (60 mtfl. de ltab.¡q,ho,a). g:,~~~/r1. ~e~;~= .I:~mk(~~ - Peso s,n c:,rga: 23.400 kg. ~ Tiempo fijo· 1,6 minutos. ""' ...._r---_ .... ...... r--r-- ~ - r---r--- - r-- 2% 6% o 1 200 400 600 800 1.000 metros m' 480 320 ~ : 160 1---- 1---- m' 320 160 o DISTANCIA EN MEDIO CICLO 623E ' 1 1 1 1 1 1 1 Conclioones: C.m1no de aearr11t0 plano. Los porcentajes do asta gráhca corresponden - s6IO a la res+Sll!ncia I la todadut1. Ehe,enoa: 100 % (60 min. de traba¡o,,hora). g:';~di~~:cs:~.~ez;'.= _ 1 ·ttt~~, - Peso sin carga. 3.3.612 kg. - ~ ~ riemp0 hjo: 1,6 minutos. ,..__ 1 í'-,-..... r- ,- r--- 1 r--.. ,._ 1---- ~ 200 400 ::-,...... -.......:: F:::::: 200 r-- r--,.._ 600 800 1.000 1.200 1.400 DISTANCIA EN MEDIO CICLO 613C 1 1 1 1 1 Ccndir:aonH: Cammo da aea.rreo P'ano. Los t,Qter'l1a¡as da esta gr.alica corresponden sé*> • la ra5fSl.encia • la rodadura. Efiofnoa: 100 % (60 mln. de 1rabajq,'hota), = : d~~. ~;·:= _ ,¡~o~t~~ PltSO sin carga: 14.670 kg. Tiempo fito: ,.6 manulOS. ::::::::r=:::: r--.... i:::- - ,_ 1 1 2'¾ 6'¾ 10 1.600 2% 6% 0% 1 400 600 800 1.000 metros DISTANCIA EN MEDIO CICLO ( ( ( ' ( ( (
- 168. 7.29 TRAILLAS, PRECIOS DE MERCADO (1992) MODELO CAPAC. (m 3) PESETAS TRACTOR EMPUJADOR M ptas. NECESARIO 627E 15,3 46,60 --- 637E 23,7 77,90 --- 657E 33,6 96,43 --- 613C 8,4 22,14 --- 615C 12,2 31,59 --- 623C 17,5 45,44 --- 621E 15,3 38,24 D8N 631E 23,7 58,78 D9L 651E 33,6 75,52 D11 ó dos D9L Tabla 7.8 TRACTORES MODELO POTENCIA (KW) PESO (t) M PTAS. D8N 212 31 48,43 D9L 276 42 63 DllN 575 84 135 Tabla 7.9 Solución: En el enunciado no se menciona organización de la obra, por consiguiente no se considera, o lo que es lo mismo tomar 100%. Como los gráficos del enunciado están para eficiencia horaria del 100% (60 minutos de trabajo / hora), y en el ejercicio la eficiencia es del 82%, la producción que se debe buscar en los gráficos debe ser mayor o igual que: 352 / 0,82 = 429,3 "' 430 = Pmínima I) Convencionales: Para calcular el nº de traíllas que puede empujar un tractor se debe obtener primero el tiempo del ciclo de la traílla y el tiempo del ciclo del tractor. Para la traílla: v ida = 22 Km/h = 367 m/min
- 169. 7.30 Vret = 36 Km/h = 600 m/min lida = 600 / 367 = 1,64 min Írct = 600 / 600 = 1,00 min tfijo = 1,4 min Ttot.il trama = 1,64 + 1 + 1,4 = 4,04 min Para el tractor empujador será: ttotal tractor = tmaniobras + tcmpujc = 0,6 + 1,4 = 2 min Se debe cumplir que el nº de ciclos por hora de la traílla sea igual que el nº de ciclos por hora del tractor empujador. Subíndice s indica traílla (scraper) y p tractor (empujador) NP = 1 por haber un sólo tractor N, = 4,04 / 2 = 2, puede empujar dos traíllas. a) Para la 621E y 2% de resistencia a la rodadura se obtiene (para 600 m. de distancia) 215 m3/h (ver gráfica). Como el tractor empujador puede empujar dos traíllas, la producción será: 2 x 215 = 430 m3/h que será mayor o igual que la producción mínima. Coste horario de la mototraílla 621E: - sin mano de obra = 260 x 38,4 = 9942 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 12442 pts/h Coste horario del tractor empujador D8N: - sin mano de obra = 260 x 48,43 = 12592 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 15092 pts/h El coste total del equipo = 2 x 12442 + 15092 = 39976 pts/h Producción real = 430 x 0,82 = 353 m3/h Coste del m3 transportado= 39976 pts/h / 353 m3/h = 114 pts/m 3 Inversión: 2 x 38,24 + 48,43 = 124,91 Millones b) Si se toma el modelo 631E,la producción será: 2 x 340 = 680 m3/h que será mayor o igual que la producción mínima. Coste horario de la mototraílla 621 E: - sin mano de obra = 260 x 58,78 = 15283 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 17783 pts/h Coste horario del tractor empujador necesario, modelo D9L: - sin mano de obra = 260 x 58,78 = 15283 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 18880 pts/h El coste total del equipo 2 X 15283 + 18880 54446 pts/h ( ( ( ( ( 'f ( ' ( ( ( ( ( ( (
- 170. 7.31 Producción real = 680 x 0,82 = 558 m3/h Coste del m3 transportado = 54446 pts/h / 558 m3/h = 98 pts/m 3 Inversión: 2 x 58,78 + 63 = 180 Millones Si se loma el mocelo 651E, se ve que salen producciones parecidas, pero costes horarios muy altos. ll) Autocargables: Modelo 623E, producción según gráfico 215 m3/h x 2 unidades tomando dos inferiores. Coste horario del modelo 623E: - sin mano de obra = 260 x 45,44 = 11814 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 14314 pts/h El coste total del equipo = 2 x 14314 = 28629 pts/h Producción real = 430 x 0,82 = 353 m3/h 430 m3/h, no llega Coste del m3 transportado = 28629 pts/h / 353 m3/h = 81 pts/m 3 Inversión: 2 x 45,44 = 90,88 Millones III) Empuje-tiro: Modelo 627E, producción según gráfico 220 m3/h x 2 unidades = 440 m3/h. Coste horario del modelo 627E: - sin mano de obra = 260 x 46,G = 12114 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 14614 pts/h El coste total del equipo = 2 x 14614 = 29232 pts/h Producción real = 440 x 0,82 = 360 m3/h Coste del m3 transportado = 29232 pts/h / 360 m3/h = 81 pts/m 3 Inversión: 2 x 46,6 = 93,2 Millones Modelo 657E, producción según gráfico 450 m3/h inferiores. Coste horario del modelo 657E: - sin mano de obra = 260 x 96,43 = 25071 pts/h - mano de obra = 2500 pts/h - total = 27571 pts/h Producción real = 450 x 0,82 = 369 m3/h Coste del m3 transp. = 27571 pts/h / 369 m3/h = 74,78 pts/m 3 Inversión: 1 x 96,43 96,43 Millones
- 171. 7.32 POR COSTO MODELO EQUIPO pts/m3 INVERSION (MILL.) POR INVERSION l2 Push-pull 1 X 657E 74,78 96,43 22 2 X 627E 81 93,2 2º Autocargables 2 X 623E 81 90,88 12 Convencionales 2 X 621E 114 124,91 32 1 x D8N 32 Convencionales 2 x 631E 98 180 1 x D9L Tabla 7.10 Dado que las autocargables tienen problemas porque no sirven para todo tipo de terrenos, parece la más aconsejable el modelo push-pull, y mejor que una del 6657E, dos del 627E que aseguran una producción en caso de avería. EJERCICIO 7.4 La traílla del ejercicio 2.5, de volumen colmada 15 m3 presenta los siguientes tiempos de carga según sea el llenado: Capacidad de carga en m3: 14 14,7 0,8 15 15,2 1 1,2 Tiempo de carga en minutos: 0,6 Tiempos de aceleración , giros y descarga igual a 3,1 minutos. Calcular la producción máxima en m3 /h y tiempo óptimo de carga, si la distancia de transporte es de 1 Km y fh = 100%. Solución: En el ejercicio 2.5 se calcularon las siguientes velocidades; v.carreo = 330 m/mm v,etomo = 1000 m/min El tiempo de un ciclo completo de traíUa será: t traflla = tcarga + tdescarga + lmaniobra + laearreo + t ,ctorno = lcarga + 2,1 + (1000 / 300) + (1000 / 1000) = t carga + 6,43 Se hace un cuadro considerando los tiempos de carga dados, el tiempo correspondiente al resto del ciclo de la trailla, el n2 de ciclos por hora, y la producción ontenida como producto de la capacidad de carga por el nº de ciclos por hora. ( '( ( ( '( ( ( ( { { ( ( ( ( (
- 172. 7.33 Tcarga (min) OTROS TIEMPOS Ttraílla N 2 CICLOS/H CAPACIDAD CARGA (m3) PRODUCC. (m3/h) 0,6 6,43 7,03 7,11 14 99,5 0,8 6,43 7,23 6,92 14,7 101,7 1 6,43 7,43 6,73 15 100,95 1,2 6,43 7,63 6,55 15,2 99,6 Tabla 7.11 La producción máxima es 101,7 m3/h, que corresponde a un tiempo de carga de 0,8 minutos. EJERCICO 7.5 Determinar para una traílla convencional modelo CAT 621E y en unas condiciones normales de trabajo, cuál es la carga máxima que puede cargar en horizontal sin ayuda de un tractor empujador, aplicando la regla práctica, 1 Kg de tracción por 1 Kg de carga. Solución: Siendo: W E = Peso en vacío de la traílla WL = Peso de la carga WT = Peso total (WL + WE) RR = Resistencia a la rodadura. g = pendiente CT = Coeficiente de tracción. WD = Peso en las ruedas de tracción. Se toma WO aprox. 50% de WT para traillas convencionales, de un motor y tracción delantera. Suponiendo que el motor tiene suficiente potencia, se tendrá que siendo: TO = resistencia a la rodadura + tracción necesaria para la carga. Aplicando la definición: CT * 0,5 * WT = WT * (RR + 0,0lg) + WL y sustituyendo WT y despejando WL,
- 173. 7.34 (0,5CT - RR - 0.01g) resulta W L - ---------------------- ----- W E 1 - (0,5CT - RR - 0,0lg) Para una trailla mod CAT-621E, de carga máx. 21 t. el peso en vacío es W 8 = 30 t. y considerando g=0, en horizontal, RR = 40 kg/tn = 0,04 kg/kg y CT = 0,6, resulta: que es apróximadamenle la mitad de la carga de 21 t. EJERCICIO 7.6 Para la excavación de un desmonte de un tosco muy duro se dispone de un tractor empujador, otro tractor para el escarificado y 3 molotraíllas convencionales, que tienen que efectuar una compensación de volúmenes a una distancia media de 700 m. Datos de la obra. Mototrailla: Volúmen de traílla colmada: 27,5 m3. Factor de esponjamiento: 0,8. Velocidad de acarreo: 18 Km/h. Velocidad de retorno: 36 Km/h. Tiempo de carga: 0,8 min. Tiempo de descarga y giros: 1,1 min. Tiempo de aceleración y desaceleración: 0,3 min. Coste horario de cada mototraílla incluído operador: 17.000 Ptas. Tractor empujador: Peso: 42 t. Tiempo del ciclo del tractor: 2,2 min. Tractor escarificador: Peso: 42 t. Un sólo diente, un pase. Velocidad escarificado: 2 Km/h. Velocidad de retroceso: 6 Km/h. Profundidad escarificado: 0,6 m. Separación surcos escarificado: 1 m. Longitud de un ciclo: 50 m. Tiempo de cada inversión de marcha: 10 seg. Coste horario incluído operador del tractor de 42 t: 14.000 Ptas. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( ( ( ( (
- 174. 7.35 El factor de eficiencia horaria de la obra es de 0,83. Se pide: a) Producción total de las mototraillas en perfil. b) Producción del tractor escarificador. c) Coste del m3 de terreno compensado. d) Analizando los datos se puede verificar que existe un cuello de botella que impide aumentar la producción. lCuál es el cuello de botella?. Si se resuelve el cuello de botella cuál sería la producción. Solución: a) Ciclo de la traílla, sin esperas: vida = 300 m/min V rct = 600 m/min tfijo = 0,8 +1,1 +0,3 = 2,2 tida = 700 / 300 = 2,32 min t,01 = 700 / 600 = 1,16 min t1otal = 5,69 min N!l de traíllas / tractor = 5,69 / 2,2 = 2,58, como hay tres traíllas, estas esperan. Tiempo real de cada traílla con su espera, t / 2,2 = 3, t = 6,6 min N!l ciclos = so'/ 6,6' = 7,57 min Capacidad de traílla en perfil: 27 x 0,8 = 22 m3 b Producción = 22 x 7,57 = 166,6 m3 b/h y traílla. Producción total = 166,6 x 3 = 498 m3 b Puede llegarse también por la producción del tractor = 50 / 2,2 = 498 m3 b, o bien por la producción de traíllas, considerando 2,58 traílas en vez de 3: Producción por traílla = (50 / 5,69) x 2,2 = 193,32 m3 b /h Producción total = 193,32 x 2,58 = 498 m3 b/h b) Producción del escarificador: ve,carificado = 33,3 m/min Vretorno = 100 m/min Si vuelve en diagonal d = /(502 + 12) = 50 m, luego es igual la distancia recorrida escarificando que en retorno. tida = 50 /33,3 = 1,5 min t,etorno = 50 / 100 = 0,5 min 2 cambios = 0,33 min t101a1 = 2,33 min N!l ciclos / hora = (60 / 2,33) x 0,83 = 21,37 Volúmen escarificado por ciclo = 50 x 1 x 0,6 = 30 m3 Producción = 30 x 21,37 = 641 m3 b / h
- 175. 7.36 c) Coste C = ((17000 x 3) + (14000x 2)) / 498 = 158,6 Ptas/m 3 d) El cuello de botella lo produce el tractor empujador. Si se rebajase ese tiempo las traíllas no esperarían y alcanzarían su máxima producción. t del ciclo del tractor debía ser = 5,69 /3 = 1,89 min entonces el n11 de ciclos de cada traílla = 50 / 5,69 = 8,78 Producción total = 3 x 22 x 8,78 = 580 m3 b/h El escarificador no causa cuello de botella. e) El tosco es una mezcla de arcilla y arena en proporciones muy variables de unos casos a otros. Al quedar disgregado por el escarificador se convierte en un material fino que puede compactarse por un compactador vibratorio, o uno de impactos y pies tamping según la plasticidad. La mototraílla puede extender espesores de 30 a 40 cm que compactados quedan en 25 - 30 cm. APÉNDICE 7.1 TRAFICABILIDAD_ En los terrenos arcíJ!osos hay que considerar antes de ejecutar la obra, las peores condiciones meteorológicas, para preveer la humedad natural. Máximo de la relación: (*) (**) Resistencia al Humedad/ Límite plástico corte mínima con - %de limo y arcilla: el molinete (Vane) Kg/cm2 (*) 50%o más menos del 50% Traíllas remolcadas y pequeñas(<15 m 3) - Operación con "máxima eficacia" 1,1 0,9 1,40 - Operación "posible" 1,3 1,2 0,60 Traíllas motorizadas medias y grandes (> 15 m 3) - Operación con "máxima eficacia" 1,0 0,9 1,70 - Operación "posible" 1,2 1,1 1,00 DATOS DEL TRRL SEGÚN FARRAR Y DARLEY, 1975 (*) Estos límites no se han demostrado para suelos conteniendo más del 10% de partículas mayores de 20 mm. (**)Lte. plástico obtenido por el método descrito en BSJ377 con material secado al aire pasando por tamiz 85425¡,m Tabla 7.12 Condiciones límites para el trabajo de traíllas en rellenos cohesivos, según determinados grados de eficacia. La Tabla 7.12 del TRRL (Transport and Road Research Laboratory) relaciona la humedad ( ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( l (
- 176. 7.37 en el tajo con el ensayo del Límite Plástico según la norma BS-1377 (British Standard). En los ensayos aludidos se toma como referencia la profundidad de la huella de los neumáticos dejada por la primera pasada de la trailla, excluidos los salientes de los dibujos. Según sea ésta, se deducen las siguientes conclusiones: Profundidad máx. de huella Operación Consecuencias 50 mm. "Máxima eficacia" Sin problemas 100 mm. "Posible" Requiere Mantenimiento de motoniveladora 200 mm. "Posible" Antieconómica 300 mm. Si no hay alternativas Necesita ayuda permanente Tabla 7.13 Profundidades de la huella y tipos de operaciones. La Tabla 7.14 relaciona las profundidades de las huellas y las velocidades medias. Es conocido que las profundidades de las huellas determinan la resistencia a la rodadura y según sean éstas, se obtienen distintas velocidades, como se vió en el Capítulo 2. 30 ~ E 2S "" < 20 Q ... :1 1S Q ~ 10 ü 9 ... .5 > 1 1 1 1 1 ~ TUILLA C°" DO!LEMO'IOIICCAINIADA) lh1DE tf~..¡:::o'oll!AUOII I --:--- ' l"'-o.... ..... - o --....__....__ - r- 10 20 30 40 .SO 60 70 ªº 90 100 PROIUNDIDAD MEDIA DE LA HUELLA 1mm) Tabla 7.14 Relación entre la velocidad de transporte y la profundidad media de las huellas de la ruedas (todas las velocidades corregidas a gradiente nulo). APÉNDICE 7.2 DETERMINACIÓN DEL COSTE MÍNIMO POR LA CURVA DE INCREMENTO DE CARGA. SOLUCIÓN ANALÍTICO-GRÁFICA. Teniendo dibujada la curva se puede determinar gráficamente el ciclo óptimo de carga al que corresponde un coste mínimo. El coste será: E = Coste horario del equipo Ptas ¡ t producción horaria
- 177. siendo: 7.38 Y = C(x), la curva de carga (t). Ce = Coste horario del empujador (pts/h). te = Tiempo de maniobra del empujador (min). x = Tiempo de carga del empujador (min). C, = Carga correspondiente a ese tiempo (t). te+x = Ciclo del empujador (min). C, = Coste horario de una traílla (pts/h). N, = Nº de mototraillas. tv = Tiempo del viaje de la mototraílla (min). tv +x = Ciclo de la mototraílla (min). 1e, Caso: Sobran mototraíllas. El tractor no espera y la producción del eqwpo es la suya. El coste E será: E= ce + Ns X Cs =-------X 60 x e (x) t 0 + X 60 El mínimo se obtendrá derivando e igualando a O; te+ X e (x) C + N X C C (X) - C ,. (X) X ( te + X) E' = e S S X 60 c2 (x) C' (x) = e (x) t 0 + X = tg a o es decir, el máximo se obtiene trazando la tangente desde el pto. P tal que OP =te (Fig. 7.22) 2° Caso: Faltan mototraíllas, el tractor espera. La producción depende de las mototraillas. Igual que en el caso anterior, se tendrá: e' (x) = y el máximo respecto p' es op'= t , +x. 3cr Caso: e (x) tv + X = tg p Solución teórica. El n2 de traíllas es justo el que requiere el empujador. Ni las traíllas ni el empujador esperan. Igual que en los casos anteriores, se trazaría la tangente desde el punto p" tal que: ( ( r t ( ( ( r ( ( '( ' ' ( ( ( ( ( ( ( (
- 178. 7.39 Comparando resulta que el tiempo de carga menor corresponde cuando sobran mototraíllas. y CARGA CURVA DE CARGA P' X t V Fig. 7.25
- 180. 8.l CAPÍTULO 8 EQUIPOS DE EXCAVACIÓN EN POSICIÓN FIJA. EXCAVADORAS HIDRÁULICAS. 8.1 OBJETO Y DEFINICIÓN. Las excavadoras hidráulicas son máquinas de movimiento de tierras, diseñadas para excavar el terreno, de ahí su nombre. Se llaman hidráulicas porque su equipo de trabajo se mueve mediante cilindros hidráulicos. La característica principal que las diferencia de otras máquinas, como son las cargadoras, es que trabajan fijas, moviendo solamente la superestructura. Cuando la excavación a realimr sale de su alcance, el conjunto de la máquina se traslada a una nueva posición de trabajo, pero no excava durante este desplazamiento. Otra función distinta de la de excavar que realizan estas máquinas, es la carga de roca volada en canteras. Las grandes dimensiones de sus elementos de trabajo las permiten tener una capacidad de carga muy superior a la de las cargadoras, en cuanto a alcance y altura y, al evitarse los desplammientos, se disminuyen los tiempos de los ciclos, alcanzándose mayores producciones. 8.2 TIPOS. Se distinguen varios tipos según sus partes estructurales: Infraestructura: Tipos Velocidad de desplazamiento TREN DE RODAJE Sobre ruedas O - 20 km/h. Sobre cadenas O - 3 km/h. Superestructura: Equipo de empuje frontal Equipo retro EQUIPO DE TRABAJO Equipo bivalva Tabla 8.1 Tipos de equipos de excavación en posición fija.
- 181. 8.2 PlUDa, Contrepeao Refrigerador •c•'1• Fig. 8.1 Partes estructurales de una excavadora hidráulica. EXCAVADORAS SOBRE RUEDAS. Unicamente son del tipo retro-excavadoras y modelos con capacidad de cazo pequeño. Necesitan apoyos estabilizadores para no moverse durante la excavación. El tren de rodaje sobre ruedas consta de: Bastidor con corona dentada, en la que se acopla la plataforma de la superestructura permitiendo su giro. Dos ejes de ruedas neumáticas. La figura 8.2 corresponde a la ficha técnica de un fabricante. Se observa que figuran varios brazos o balancines (N2 1, 2, 3, 4) con distintas fuel7.3s de excavación según sus longitudes, así como las curvas correspondientes a su campo de trabajo. Para el n2 3 se han señalado los máximos taludes que puede perfilar. El alcance está referido al eje de la máquina, pero a los efectos de la excavación de zanjas, se debe considerar, a partir de los estabilizadores en las de ruedas, y desde el exterior de las orugas en las de cadenas. Para una profundidad determinada el alcance máximo será el punto de corte de la curva del brazo elegido con la cota del fondo de la zanja. ( ( ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 182. m11 ° 1 10 9 8 6 · 5 ¡ 1 4 • 51 8.3 6 1-- ' ----,,-----1----+---+------""lc--+-..>< -d---i--====+===; Fig. 8.2 Equipo con cuchara retro, Mod. MH 6 PMS de O&K. Pluma multiposición DIN 24086 Fuerza de Fuerza de 3,6 m ~ 1) 2,0 m 2) 2,6 m 3) 3,2 m 4) 4,0 m ti.m,.,t, 139kN(14,2t) 118 kN (12,0 t) 104 kN (10,6 t) 91 kN ( 9,3 t) 146 kN (15 t) 146 kN (15 t) 146 kN (15 t) 146 kN (15 t) MH 6 PMS-PLA Pluma MH 6 PMS-A2 multiposición de 3,6 m MH6PMS-PLA/A2 Mango de 2,0 m _ M _ H _6 _P_M_S _-_A_4_---< Cuchara retro de MH 6 PMS-HDA4 0,91 m3 (SAE) 19,9 t 20,3 t 21,1 t 21,5 t 22,4 t 8 - - - - ' - - - - - 1 - - - - - - ' - - ---'--------'----'------'-- ~ - - ~ - ~ - ~ 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Om e r· oe 1c1en e ees a 11 a Cuchara retro Cuchara retro para roca Cuchara del 25 %, según DIN 24087 ñ Carga de la cuchara del 100%. Alcance máximo. 11 B Peso especifico=1 ,8 t/mJ o en 1 l= 1,6 t/m3. Area de giro total de 360°. Conjunto inferior apoyado. t d t bTd d SAE m3 1,45 1,25 1,06 0,81 0,65 1,06 0,91 0,81 0,65 0,56 0,42 ~ CECE m3 1,3 1,1 0,9 0,7 0,6 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,38 0,6 ~-~ A ras m3 1,14 0,95 0,84 0,64 0,52 0,84 0,71 0,64 0,52 0,46 0,35 mm 1300 1200 1100 1000 850 1100 1100 1000 850 750 600 2300 ~ -Q Opcional 5 5 5 5 4 5 5 4 4 4 3 (11) kg kg 840 785 740 670 605 720 685 635 580 535 480 560 MH 6 PMS-PLA Pluma multiposición Mango hasta...m * * 2,011 2,6 3,2 2,011 2,0 2,6 3,2 4,0 4,0 3,2 apoyada/360° MH6PMS-A2 Pluma multiposición Mango hasta...m 2,011 2,0 3,2 4,0 4,0 3,2 3,2 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 apoyada/360° MH 6 PMS-PLA/A2 ( MH 6 PMS-A4/HD Pluma multiposición Mango hasta...m 2,6 3.2 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4 ,0 4,0 4,0 apoyada/360° • lncorporaciOn posible. Pieza Nº 0429( 0427c 04277 0427€ 0427504274 0425€ 04273 04255 04272 04271 05080 Obsérvese la carga móvil! Pieza N2Perno de cojinete 17115
- 183. 8.4 SOBRE CADENAS. Es el tren de rodaje más utilizado, debido sin duda a la mayor adherencia y poca presión que ejercen las zapatas sobre el terreno (0,4-0,8 kg/crn 2, mayor flotabilidad). Consta de: - Bastidor con corona dentada. - Dos carros de cadenas con tejas o zapatas. Distribución de peso óptimo entre chasis y torreta Fig. 8.3 Excavadora hidráulica sobre cadenas. Empuje frontal y retro. 8.3 EQUIPO DE TRABAJO. Según sea éste, la excavadora hidráulica recibe un nombre u otro: - Excavadora de empuje frontal (Fig. 8.3 Izquierda). - Retroexcavadora (Fig. 8.3 derecha). - Excavadora bivalva. - Excavadora con brazo telescópico y cazo retro. El equipo de trabajo consta de: a) PLUMA (Fig. 8.4): Su elevación y descenso se produce por la acción de una pareja de cilindros hidráulicos(l), uno a cada costado. Puede ser de 2 tipos: Monobloque: formada por una sóla pieza(A). Excavadora con 3 conjuntos de cilindros hidráulicos: 1, 2, 3 (Fig. 8.4 Derecha). Formada por dos piezas (A y B) unidas por una articulación. Excavadora con 4 conjuntos de cilindros hidráulicos : 1, 2, 3, 4 (Fig. 8.4 Izquierda). Presenta ventajas e inconvenientes respecto a la utilización que se comenta en el Apéndice 8.2 ( ' ( r ( ( ( ( ( ( ( (
- 184. 8 8.5 R ~ 2,Bm I 1 1 ~~I ~ ~ Cilindros hidráulicos A Fig. 8.4 Tipos de plumas. b) BRAZO (C, Fig. 8.4): es el elemento de unión entre la pluma y el cazo, articulado en ambos elementos. Su movimiento se produce mediante la acción de un cilindro hidráulico (2). c) CAZO: puede ser de 2 tipos: Cazo convencional (Fig. 8.4): Para la descarga bascula por el giro producido por un cilindro hidráulico (3), que produce también la fuerza de arranque del cazo. Cazo de descarga por el fondo ó 4 en 1 (Fig. 8.1): Es el más moderno y se usa exclusivamente en excavadoras de empuje frontal. Se abre el fondo para la descarga mediante cilindros hidráulicos colocados en el propio cazo a ambos lados del mismo. Da ciclos más rápidos, pero es más pesado, complicado y costoso. Tiene también un cilindro de empuje (Fig. 8.1). Los cazos llevan el labio inferior cortante reforzado con robustos dientes recambiables. Cazo convencional. Cazo de descarga por el fondo ó 4en l. Fig. 8.5 Tipos de cazos. Cazo vibrante. La posición de los dientes es primordial para evitar romperlos y obtener el meJor rendimiento. Hay que cortar el terreno y no arrancarlo, lo que limita la resistencia.
- 185. ~-6 Es preciso que los dientes se apoyen sobre el terreno, pero no así el cazo, con el fin de aumentar la fuerza de arranque. 8.3.1 EQUIPO DE EMPUJE FRONTAL. El cazo está colocado con los dientes orientados al exterior de la máquina, para el arranque se mueve alejándose de la misma, elevándose en un plano superior. Aplicaciones: • Excavación de bancos en altura, por encima del plano de apoyo de la máquina. • Carga en frente de cantera después de la voladura. 8.3.2 EQUIPO RETRO. El cazo tiene los dientes orientados hacia la máquina. El arranque se produce acercándose a la máquina si está en un plano inferior, con recorrido de abajo hacia arriba, y s1 haY. un frente en un plano superior (poco frecuente), lo hace de arriba hacia abajo. Aplicaciones: • Excavaciones por debajo del plano de apoyo de la máquina. • Excavación de paredes verticales estables. • Trincheras y z.anjas destinadas a tuberías, cables, etc. • Excavación de cimientos para edificios. • Refino de taludes. 8.3.3 EQUIPO DE BRAZO TELESCÓPICO. Puede ser sobre camión o auto- propulsada con cadenas. En la punta del brazo lleva articulado el cazo (o uno de los múltiples accesorios intercambiables entre sí), que puede realizar Lodos los movimientos de la man o del hombre. Fig. 8.6 Modelo de equipo con brazo telescópico y útil para demolición. ( ( ( ( ( ( ' ( '( ( ( ( ( ( (
- 186. 8.7 Aplicaciones: El diseño original de este tipo de máquina le permite excavar en lugares inaccesibles para la excavadora hidráulica convencional, como: • Bajo bóvedas de poca altura. • Con obstáculos de árboles o postes. • Canales con revestimiento delgado que no admitan choques. • Rincones de obra, etc. 8.3.4 EQUIPO BIVALVA. Se trata de una cuchara prensil, compuesta por dos mandíbulas de acero, que se articulan entre sí accionadas por cilindros hidráulicos y que pueden cerrarse para cargar los materiales excavados, abriéndose posteriormente para descargar. Aplicaciones: La cuchara bivalva es de gran utilidad para llevar a cabo movimientos de tierra con problemas de poco espacio para la maniobra y, sobre todo, para alcanzar profundidades mayores (utilizando alargadores) que las obtenidas con un equipo retro, como en pozos, zanjas profundas, pilotes, pantallas continuas, etc. • l ··i -- 1 - --¡- L. 1 1 ! '¡---:-- r- , .- 1 · 1 : 1 : 1 · - ;- : J-- - - - - - ! Fig. 8.7_ Equipo bivalva. ALAl< Gl,DORE:3
- 187. 8.8 8.3.5 EQUIPO DE MANDÍBULAS HIDRÁULICAS. Esle equipo tiene cada vez mayor utilización en demoliciones, ofreciendo la ventaja de demoler estructuras de hormigón de forma controlada reduciendo ruido y vibraciones, es decir, respetando el medio ambiente. Representan una ahernaliva a los martillos hidráulicos. Al acoplarse al brazo de una excavadora pueden actuar inclinadas en cualquier posición. Las mandíbulas pueden ser de dos tipos: Fig. 8.8 Mandíbulas hidráulicas. a) Para trih1ración de hormigón armado: es la denominada demolición primaria: estructuras, corte de vigas, demolición de pilares o solamente de las cabezas de las mismas, rotura de losas,etc. La fuerza de trituración y corte se obtiene por la acción de dos cilindros hidráulicos y las mandíbulas recambiablcs son de aceros de alta resistencia. b) Para pulveri7.ación de hormigón: Se utiliza en la llamada demolición secundaria, es decir, pulverizando en pequeños fragmentos los bloques de hormigón obtenidos en la demolición primaria. Mandíbulas para trituración de hormigón armado, Mandíbulas para pulverización de hormigón. Fig. 8.9 Tipos ele mandíbulas para demoliciones. El hormigón, así triturado, puede ser directamente reciclado como material de construcción para relleno o material de carreteras. Los redondos pu<;den ser totalmente recuperados. ( ( ( ( r ( ( ( < ( ( ( ( ( ( ( ( ( t (
- 188. Fig. 8.10 Mandíbulas demoliendo la cabeza de un pilar. ' " ~ ' ' , . ,., 8.9 Existen también modelos para ser suspemlidos por grúas, actuando sólo verticalmente. En este caso se necesita una unidad independiente que proporcione energía hidráulica, colgándose la manguera de conducción también de la grúa. 8.3.6 OTROS EQUIPOS (Fig 8.11). Los más interesantes en movimiento de tierras son: • Cazo en forma de V: para abrir zanJas. • Cazos estrechos para r.anjas. • Martillo rompedor hidráulico. • Pinza para bloques de escollera. Es giratoria, de forma que se orienta para la colocación. Con un rendimiento muy superior al del cazo. • Escarificador o ripper. En cimentaciones: • Resbaladera para martin<.:tc. • Mástil para cimentaciones. Fig. 8.11 Equipos de trabajo. 8.4 MARTILLOS ROMPEDORES HIDRÁULICOS (MRH). Su empleo es muy importante, hasta el punto de que las retroexcavadoras en alquiler en muchas regiones de España llegan a la obra con dos cazos y un martillo hidráulico, sin que el usuano haya hecho ninguna petición.
- 189. 8.10 Fig. 8.12 Martillos rompedores hidráulicos, llamados en obra Pica-Pica. Para su empico en retroexcavadoras o retrocargadoras se requiere que éstas tengan una preinstalación hidráulica. Estructuras y losas de hormigón de 20-60 cm. Demolición urbana. Pavimentos asfálticos. Apertura de zanjas. Obras civiles. Canteras. Otra opción a la voladura. Tabla 8.2 Utilización de MRH. Si hay libertad total de voladura, en general, ésta puede ser rentable. Sin embargo, el aumento creciente de la utilización del MRH en las obras (hammerability) evidencia que la posibilidad de voladura es cada vez más limitada por problemas ambientales. A veces se dan estratos de roca dura y arenas, que resultan ineficaces para la voladura, y donde el MRH es la solución. Hay modelos ligeros que pueden montarse en minicargadoras, aunque su efectividad es reducida, liberan al operario del penoso esfuerzo de soportarlo. ( ( ( ( ( í ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 190. 8.11 Características Pequeños Medianos Pesados Supermartillos Peso (Kg) 450 1000 1300 2200 3800 6400 Energía de impacto (J) 730 2300 2800 5200 9000 12000 Frecuencia 600-1800 400-700 350-650 350-520 350-550 300-400 Diámetro del útil (mm) 70 100 115 140 170 195 Peso m ínimo retro (t) 5-8 15-20 18-26 25-40 40-70 60-100 Trabajo típico Zanjas Zanjas Saneo túneles Avance en túneles calizos Fragemntación secun- Producción en canteras calizas daría en canteras Tabla 8.3 Rango de MRH y aplicaciones. La utilización en túneles calizos de unos 100 m2 de sección es cada vez mayor, sobre todo en algunos países como Italia, presentando la ventaja el<:: simultanear el arranque con la carga (Fig. 8.13). Hay que elegir el tipo de martillo adecuado a la facilidad de rotura del malcrial y a la producción. Puede no se1· adecuado el que se recibe con la retro cuando ésta se alquila. El MRH debe surninistar la energía de golpe y frecuencia óptima para las características de la roca. Rotura del material Factor predominante Objetivo Fig 8.13 Utilización del MRH en túneles. DIFÍCIL FÁCIL Energía de golpe Frecuencia elevada Mayor arranque Mayor producción Sin explosivos Tabla 8.4 Factores de elección de MRH.
- 191. 8.12 8.5 CAPACIDADES DEL CAZO. Estas son según las normas SAE y CECE: • Capacidad a ras. • Capacidad colmada, con taludes. Es la que se considera normalmente. Fig. 8.14 Capacidades del cazo retro según SAE. Tipo de cazo - De empuje - Retro frontal Norma SAE 1:2 1:1 2 -----0 1 2 ~ --,, Fig 8.15 Capacidad del cazo retro según CECE. y taludes CECE 1:2 1:2 Tabla 8.5 Taludes de capacidades de cazos según normas. En la tabla anterior se observa que las capacidade5 CECE en las retro son menores. 8.6 FUERZA DE EXCAVACION. La penetración del cazo de una excavadora en el material en su estado naturaJ o banco se produce por la acción combinada de las dos fuerzas siguientes: 1) La fuerza de empuje del brazo o balancín de la excavadora que ejerce el cilindro hidráulico que actúa sobre él y que se considera aplicada en los dientes (Fig. 8.16). Esta fuerza es llamada ( en las fichas técnicas de los fabricantes) fuerza de penetración o ataque, y es la que se produce cuando se hinca el cazo. Tiene el valor: El valor de b es muy proporcional a la longitud del brazo, lo que quiere decir que si aumenta el brazo, disminuye la fuerza del empuje, o sea, es para terrenos menos duros, pero se obtiene más alcance de excavación. Los fabricantes de excavadoras ofrecen vanos tipos de brazos de distintas longitudes: • Corto, para trabajos muy duros. ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 192. • Normal, para condiciones standard. • Largo, para excavaciones a gran profundidad. Interesa el brazo corto para conseguir mayor fuerza de penetración, que es muy importante; con uno largo habría que colocar un cazo más estrecho, de menos producción. 8.13 F, FUERZA DEL CILINDRO GEL BRAZO LONGITUD DEL BRAZO j < .. "" a: o a "" :::, b Para alcanzar más profundidad es preferible una pluma más larga, o montar sobre el brazo un equipo bivalva. F0 = FUERZA DE GIRO DE LA CUCHARA F. = FUERZA DE EMPUJE DEL BRAZO r.r.. Si la obra lo requiere se debe cambiar la pluma o el balancín, porque sus importes son del orden del 10% del de la excavadora, y esta cambia de prestaciones. Fig. 8.16 Fuerzas que se producen en el brazo. 2) La fuerza de excavación del cazo o giro del cazo, producida por la fuerza del cilindro hidráulico que actúa sobre él, y que también se considera aplicada sobre el ancho del cazo, o sea, convienen cazos más estrechos para terrenos más densos. Esta fuerza es llamada (en las fichas técnicas de los fabricantes) fuerza de excavación, y es la que se produce cuando el cazo hace el giro para arrancar el material. Tiene el vaJor: Esta fuerza es independiente de la longitud del brazo, o sea, es constante para los tres tipos antes mencionados y tiene un valor parecido a la fuerza de empuje del brazo más pequeño. De la fórmula anterior se comprueba que los cazos de radio d más corto producen mayor fuerza de excavación que los de radio más largo, esto es importante según la dureza del trabajo y tamaño del material (carga en canteras) (Fig 8.17). La máxima fuerza de excavación puede considerarse según como se tomen las referencias. "'LARGO / Fig. 8.17 Cazo corto y largo. - Si se considera el cilindro que ataca el brazo, se corresponde con una carrera media
- 193. 8.14 del mismo, y demás ánguJos de la Fig. 8.18. - Si se toma como referencia la posición de la pluma y el brazo son los de la Fig. 8.19. Fig. 8.18 /3 a Fig. 8.19 Án~os favorables de movimiento. AnguJo del cazo a: 16-32° Ángulo del brazo 8: 65-80° - Si se toma como referencia el terreno, el ánguJo de ataque depende del tipo del mismo, pero en condiciones medias, puede considerarse los de la Fig. 8.20. Fig. 8.20 Posiciones de trabajo. Lo anterior se refiere a que hay que mover la excavadora si la posición de excavación no es eficiente. Puede moverse hacia adelante o hacia atrás en cualquier momento durante el ciclo de trabajo (Fig. 8.21). ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( l l
- 194. 8.15 Fig. 8.21 Movimientos de la excavadora durante el trabajo para tomar ángulos favorables de máxima fuerza de arranque. 8.7 FUERZA DE EXCAVACIÓN Y PESO DE LA EXCAVADORA. La Fig. 8.22 muestra la componente horizontal, FH, de la fuerza de excavación y el equilibrio de fuerzas determina que FH $ µ x W, siendo W el peso operacional de la excavadora y µ el coeficiente de rozamiento de las cadenas con el suelo, que puede suponerse ""0,6. En -las excavadoras de empuje frontal si FH > µ x W, se produce desplazamiento en sentido contrario. Fig. 8.22 Composición de fuerzas. En las retroexcavadoras, que trabajan de abajo a arriba, Fv se suma al peso de la retro, es decir, tiende a clavarla más contra el suelo y la fuerza de excavación es mayor que en las de empuje frontal. ____._,._______ _ Sin embargo si FH excede a µ x W, puede ocasionar en la retro su caída por el terraplen. 8.8 MÉTODOS DE EXCAVACIÓN Y CARGA. A) TRABAJO CON EQUIPO FRONTAL: La excavadora y el dumper están situados en el mismo plano, en el corte. Es el método habitual para la extracción de material arrancado Fig. 8.23 Trabajo con equipo frontal.
- 195. 8.16 mediante explosivos. El método de carga es en V como muestra la Fig. 8.23 o en paralelo con dos camiones, uno a cada lado. B) TRABAJO CON RETROEXCAVADORA: B.1) La excavadora está sobre el material a extraer y carga éste en un transporte situado en el plano inferior (Fig. 8.24). Este método permite trabajar con ángulos de giro reducidos (30º), lográndose con ello superior rendimiento. Ésta es la disposición que hay Es muy importante para reducir los ciclos, que los camiones se situen en planta de forma que los ángulos de giro sean los menores posibles (Fig. 8.25). Fig. 8.24 Trabajo con retroexcavadora. - - ~ 01111 J 11111 J Fig. 8.25 Trabajo con retroexcavadora. Situación en planta. 8.2 ) La excavadora y el transporte están en el mismo plano, sobre el material a extraer, cuando es difícil o imposible circular por un plano inferior (Fig. 8.26). Fig. 8.27 Excavación de zanjas. Transporte en el mismo plano. Fig. 8.26 Carga en V, mismo plano, camión paralelo ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '
- 196. 8.17 En desmontes se organi7.a el trabajo para que la retro se construya su propia rampa y se ponga en un nivel superior. En zanjeo en calles, el camión se sitúa detrás de la retro, ángulo d,; giro 180°. La altura del banco debe corresponderse con el talud natural (Fig. 8.28, Fig. 8.29) y la dureza del material para que el cazo sea llenado en una pasada, estimándose ésta en un 60% de la máxima profundidad de excavación, o la longitud del brazo. 4m 60° Fig. 8.28 Altura del banco en tierras duras. C) EXCAVADORA PARA DRAGADOS: Fig. 8.30 Excavadora para dragado. Caso extremo. Fig. 8.29 Altura de carga en productos de voladura / 2m Se eligen plumas y brazos de gran longitud para efectuar dragados a gran profundidad (hasta 20 m.) y cazos retro. El caso exagerado de la Fig. 8.22, muestra el problema de estabilidad que se plantea con grandes profundidades si se pretenden fuerzas de excavación elevadas porque el momento de vuelco puede ser superior al de estabilidad del contrapeso. Una solución es utilizar cazos de menor ancho de corte y capacidad. D) COMO GRÚA (Fig.8.31): Para elevar cargas tiene un gancho soldado en la parte exterior de la cazo del que se suspenden los cables de elevación de la carga. La máquina debe ubicarse en suelo firme y superficie uniforme, no debiendo la carga exceder en ningún caso del 75% de la carga de vuelco. Se debe procurar que la carga se desplace a escasa distancia del suelo y próxima a la máquina, ya que la capacidad de elevación disminuye con la distancia de ésta a la máquina. El fabricante da para cada modelo una tabla con cargas en sentido longitudinal y transversal (opción más desfavorable, la transversal).
- 197. 8.18 Fig. 8.31 Capacidad de elevación. E) OTROS TRABAJOS DE LA RETRO: Desbroce de terrenos (Fig. 8.32), ensanches en carreteras, colocación de bloques de escollera en laludes de presas y espigones de playas, perfilado de laludes (Fig. 8.33), etc. Fig 8.32 Desbroce de terrenos. Fig. 8.33 Perfilado de taludes. 8.9 CICLOS DE TRABAJO. El ciclo de trabajo de una excavadora hidráulica consta de cuatro fases. FASE A: La máquina hinca los dientes del cazo en el terreno y lo mueve en el frente de excavación cargándolo. Este movimiento depende del eqmpo de trabajo: en las excavadoras de empuje frontal es de abajo a arriba; en las retro el movimiento es de arriba .~ hacia abajo, como se ha visto en otros apartados. Fig. 8.34 Arranque con empuje frontal. FASE B: Una vez cargado el cazo, eleva éste (en las de empuje frontal ya suele estar elevado al acabar la fase de carga) mediante la elevación de pluma y brazo, y se produce el giro de la plataforma hasta el punto de descarga: dumper, camión, etc. FASE C: Colocado el cazo sobre la caja del dumper, se procede a la descarga de material, basculando (Fig.8.35.a) o por el fondo (Fig. 8.35.b). FASE D: Descargado el cazo, la plataforma gira hacia el frente de excavación para el ciclo siguiente. ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 198. 8.19 Fig. 8.35 Fase C, descarga sobre transporte con excavadora de empuje frontal. El ciclo de trabajo de la retro sobre ruedas consla de las siguienles fases: a) Bajada de estabilizadores. b) Excavación hasta agotar el alcance de la máquina según el diagrama de la misma teniendo en cuenta la profundidad de excavación. e) Elevación de estabilizadores y traslado a un nuevo alcance de la máquina. 8. 10 PRODUCCIÓN. 8.10.1 FACTORES. La producción de una excavadora depende de numerosos factores, cabe destacar: a) La capacidad del cazo: Suele variar entre 1,2 y 3,7 m3, aunque las de empuje frontal llegan a 14 m3• Esta capacidad está en correspondencia con la altura de frente de excavación, en la cual trabaje más económicamente: si el frenle no es suficientemente alto, la máquina tiene que realizar varios barridos con su cazo antes de conseguir llenar éste; mientras que si el frente es demasiado alto el cazo se llena antes de terminar el recorrido, derramando el material sobrante. En ambos casos se produce un descenso en la producción. b) Grado de llenado (fu.,): Debido a la forma, disposición, etc. del material, se produce una variación en el llenado de la cuchara. e) La capacidad de acarreo: Debe ser entre 3 y 4 veces la capacidad del cazo. Si el camión fuese demasiado pequeño, los tiempos muertos al arrimar y salir harían bajar la producción. d) Naturaleza del material a excavar: Según sea el material a cargar variará el rendimiento, desde una arena con algo de cohesión, que produce el rendimiento óptimo, hasta un terreno con grandes bolas o roca fracturada por explosiones, en cuyo caso aquel baja bastante. Esto se refleja en el factor de llenado fu,· Fig. 8.36.
- 199. i: ,o ·.; ~ .. .., 1( .. .. .,, " -~ ;; t! .,, !! -; ~ iS Ficll 'Regular Semi- dificil Dificil Arena, grava, tiena 1uelta Tierra · grava arcillosa Arcilla pegajosa roca tri1urada Pizarra blanda y OlraJ rocas 8.20 50 Eficiencia del cuchar6n, E, % de la capacidad Fig. 8.36 Efectividad de carga de las excavadoras. Gráfica de factor de llenado, fu. e) Duración media del ciclo de trabajo: Cuanto más corto sea éste, mayor producción se podrá conseguir (sin tener en cuenta la duración de los desplazamientos). f) Ángulo de giro: Es muy importante disminuir el ángulo que tiene que girar la plataforma desde la posición de carga en el frente de excavación a la de descarga sobre dumper. Se supone de 90º como standard, si es menor, aumenta la producción, y si es mayor disminuye. Capacidad noninal de la cuchara ,., 0,55 o,7 0,9 1 1,2 1,7 2,6 Arcilla húmeda oarenosa ligera Seg 12 12 14 14 14 16 18 Arena ograva Seg 12 12 14 14 14 16 18 Tierra común Seg 15 15 16 16 16 18 20 Arcilla dura ytenaz Seg 18 18 20 20 20 22 24 Arcilla húmeda pegajosa Seg 21 21 24 24 24 25 27 Roca muy bien troceada, fácil de recoger Seg 12 12 14 14 14 16 18 Escombros con piedras yraíces molestas par la cuchara (sin tener en Seg cuenta las pérdidas eventuales de tiempo para elegir punto de ataque) 13 13 15 15 15 15 17 Roca mal partida de medida superior a la cuchara (sin tener en cuenta Seg las pérdidas eventuales de tiempo para desplazar los bloques) 12 12 14 14 14 16 18 Ta a 8.6 Duración del ciclo de trabaJo (ángu o de giro: 90º y altura óptuna de corte). Fuente P.C.S.A. (Power Crane and Shovcl Association). Modificada. g) Carrera: Se llama carrera al recorrido del cazo una vez efectuada la penetración en el material hasta el momento en que cesa la operación de corte, es la altura (H) del frente de penetración. El % de carrera óptima es la relación entre la anterior y la óptima H/L. Carrera óptima (Fig. 8.37) es la carrera en la que se consigue el llenado total del cazo 3,6 23 23 25 29 32 23 22 23 ( ( ' ( ( { { { ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (_ (
- 200. 8.21 de una sola vez sm que sobre o falte material (S). Para ello, la capacidad del cazo debe ser proporcionada a la altura del banco. E=Dª L 1 L e a X ] Siendo: L = carrera óptima de ataque (m.) e - Capacidad nominal de la cuchara (m'.) a~ Profundidad de ataque (m.) 1 - Anchura media de la cuchara (m.) Fig. 8.37 Carrera óptima L. h) Organización de la obra (fm) (management factor): No cabe duda que la producción variará según el grado de organización que exista en la obra y en el trabajo. i) Desplazamientos de la excavadora: La producción de la máquina viene sensiblemente afectada por las pérdidas de tiempo producidas por los desplazamientos, sobre todo si éstos son frecuentes. 8.10.2 PRODUCCIÓN HORARIA. P(BJ = P(sJ x Fw , Fw < 1 (Si Fw > 1 se divide) Siendo: PceJ = Producción horaria m3/h en banco. P<sJ O material suelto C = Capacidad nominal del cazo (m3.), a la que le corresponde una carrera óptima, Tabla 8.7 Fw = Factor de esponjamiento del material. te = Duración media de un ciclo teórico, en segundos supuesto un giro de 90º entre carga y descarga. Fh = Factor de eficiencia horaria. f0 = factor de corrección debido al giro desde el corte a la descarga. fH/L = factor de corrección debido al % de carrera óptima. Capacidad nominal del cazo m ' 0,55 o,70 1,12 1,50 1,90 2, 25 2,60 3 Arcilla húneda oarenosa ligera Ir 1,5 1,8 2,15 2, 35 2,55 2,66 2,75 2,8 Arena ygrava m 1,5 1,8 2,15 2,35 2,55 2,66 2,75 2,8 Tierra común In 2,05 2,35 2,8 3,1 3,4 3,55 3,65 3,7 Arcilla dura ytenaz ,. 2,4 2,7 3,3 3,7 4 4,25 4,4 4,6 Arcilla hlÍlleda y pegajosa In 2,4 2,7 3,3 3,7 4 4, 25 4,4 4,6 Taba 8.7 Carrera de ala ue ó q ptima. ....,_.. 1.r .., ,.,. ,/"', 3,6 3,2 3,2 4,1 5 5
- 201. 8.22 Debido a las condiciones especiales <le cada caso, no siempre será posible aplicar un giro de 90º, ni la carrera éiptirna, sino una fracción o múltiplo de cada uno. La Tabla 8.8 da f0 x fH/L· H/L GIRO (en grados) Carrera (en %) de 45 60 75 90 120 150 180 la óptima 40 0,93 0,89 0,85 0,80 0,72 0,65 0,59 60 1,10 1,03 0,96 0,91 0,81 0,73 0,66 80 1,22 1,12 1,04 0,98 0,86 0,77 0,69 100 1,26 1,16 1,07 1,00 0,88 0,79 0,71 120 1,20 1,11 1,03 0,97 0,86 0,77 0,70 140 1,12 1,04 0,97 0,91 0,81 0,73 0,66 160 1,03 0,96 0,90 0,85 0,75 0,67 0,62 Tabla 8.8 Producto f0 x fH/1., para diferentes carreras y ángulos de giro. FUENTE P.c.s.A . • fu. = factor de llenado debido a la variación en el llenado del cazo. Capacidad nominal del cazo m' 0,55 o,70 l ,12 1,50 l, 90 2 1 25 2,60 Coeficiente de esponjamiento Designación del terreno Factor fLL Excavaci ón fácil EXcavac1ón lll.editma Excavación dura carga Arcilla hlÍJlleda o arenosa ligera 1,3 1,15 1,15 1,15 1,16 1,16 1,16 1,20 Arena ygrava 1,13 0,93 O r93 0,96 0,96 0,96 0,98 1,02 Tierra común compacta virgen 1,19 1,0 1,0 1,0 1,04 1,04 1,04 1,06 Arcilla dura y tenaz 1,49 1,1 1,1 1,1 1,12 1,12 1,12 1,16 Arcilla hlÍllleda pegajosa 1,43 Roca muy bien partida 1,56 O ,8 0,89 0,90 0,91 0,94 1,00 1,02 Escombros conunes con piedra yraíces 1,75 O ,87 0,87 O ,87 0,90 0,90 O,95 0,96 Roca mal partida 2,0 O,58 0,75 O r78 O ,83 0,85 0,91 1,05 Tabla 8.9 Factor de llenado: f11. . FUENTE r.c.S.A • fm = Rendimiento general de la obra. Varía entre 0,80 en el mejor de los casos y 0,60 en el regular. 3 1,22 1,02 1,06 1,17 1,02 0,96 1,14 ( ( ( ( ( ( ( ( { ' ( ( ( ( ( (
- 202. 8.23 Capacidad nominal cazo m 3 0,55 o,70 1,12 1,50 1,90 2,25 2,60 3 Arcilla húmeda ligera: - in situ 101 124 177 234 271 306 342 378 - excavada 132 162 230 306 350 399 443 489 Arena, grava: - in situ 93 118 169 226 259 298 333 364 - excavada 105 133 190 255 293 338 378 414 Tierra común: - in situ 80 101 150 200 213 261 302 329 - excavada 94 120 180 239 285 311 359 391 Arcilla tenaz: - in situ 61 77 110 150 182 217 244 266 - excavada 92 116 164 223 275 325 364 399 Arcilla húmeda pegajosa:- in situ 47 63 89 121 150 170 201 226 - excavada 65 89 128 172 213 239 297 325 Roca bien partida: - in situ 57 81 116 146 177 214 230 253 - excavada 90 126 180 230 277 315 355 396 Escombros comunes con - in situ 53 65 93 132 149 177 200 217 piedras yraíces: - excavada 93 116 177 215 262 311 351 382 Roca D.al partida: - in situ 33 52 77 105 129 142 186 222 - excavada 67 96 154 209 257 285 372 443 Tabla 8.10 Valores de P (m3/h);in situ: en banco, excavada: material suelto. FUENTE P.C.S.A. Rendimiento efectivo de excavadoras normales en la excavación de diversos terrenos y en las siguientes condiciones: Carrera de ataque óptima Giro de 902 Excavación sin pérdida de tiempo para desplazamientos de la máquina Hora de trabajo = 50 minutos (factor de eficiencia horaria: fh) Rendimiento general de la obra = 0,80 (factor de organización: fm ) 8.10.3 INFLUENCIA DE LOS DESPLAZAMIENTOS. Hasta aquí se ha prescindido de las pérdidas de tiempo que se producen en los cambios de posición de la excavadora. siendo: El n2 de desplazamientos en una hora N que tiene que efectuar una excavadora es: N= P == Producción horaria real (m 3/h.) VO == Volumen en m3• que puede excavar sin moverse de una posición, es decir, con las cadenas o ruedas inmóviles.
- 203. Este volumen VO se puede calcular: V0 = L X H X 1 0 siendo: L LongiLud frenle de Lrabajo (m). H = Altura media de dicho frente (m). 10 Avance logrado en cada desplazamiento (m). El desplazamiento 10 está relacionado con la capacidad nominal del cazo. 8.24 1 1 i.....!L., : 1lt& 1 r-···J. 1 1 1 1 1 ._J -.. .... ' ' ' ' 1 1 _ _ _l I I I 1 I I I Fig. 8.38 Cálculo de V0• Capacidad nominal del cazo 113 O ,57 o175 1,12 1,50 10 = Longitud para cada desplaza.miento m. 1,3 1,4 1,6 1,7 Duración, td del desplazamiento, incluso maniobras, seg, 30 35 40 50 5-16,,4-1 1,90 2,25 2165 1,8 1,9 2 55 65 70 Tabla 8.11 Longitud y duración aproximada de desplazamiento de las excavadoras normales en curso de excavación, sobre sucio firme y suficientemente limpio de escombros (P.C.S.A.). Se calcula N y si: N < 4 para cazos de 0,375 a 0,75 m3. N < 3 para cazos de 1,12 a 1,9 m3. N < 2 para cazos de 2,25 a 3 m3. Se aplica la fórmula de la producción sin desplazamientos. Si N es superior a estos valores, la producción vendrá dada por: p = ( C X fw) X 3600 - N X td X K X fh X f m t 3 2,4 75 ( ( ' ( ( '( ( ( (
- 204. 8.25 id Duración media aproximada del desplazamiento de la máquina, comprendido el tiempo necesario de maniobra (en segundos). Está relacionado con la capacidad del cazo. 8.11 SISTEMA HIDRÁULICO Y LA ELECTRÓNICA. La elevada fuerza de arranque de las excavadoras hidráulicas se consigue mediante un sistema hidráulico (de aquí proviene su nombre), generalmente formado por circuitos combinados mediante dos o tres bombas según fabricante, que actúan sobre los siguientes movimientos (Fig. 8.39): 13 2 3 CIRCUITOS EXCAVACION 1 1) De excavación o empuje, o sea, elevación y descenso de la pluma, el brazo, y el ataque del cazo (tres tipos de cilindros hidráulicos). 2) De giro, que se produce antes o después Fig. 8.39 Circuitos del sistema hidráulico. de la fase de arranque. 3) De traslación, en este caso los anteriores no actúan. El circuito de excavación lleva bomba de caudal variable, de forma que la potencia (W) proporciona mayor velocidad (caudal Q), cuando se requieren movimientos rápidos (Fig. 8.40) y mayor fuerza (presión P) cuando excava. t:J··.. P1 .• _ _ .·.·._ ' .··:···. _· 01 . '•: ..·. - o- ..· --------- -~ 2 Inclinación de la bomba Caudal Potencia l. Más Más Menos 2. Menos Menos Más Fig. 8.40
- 205. R.2(, La eleclrónica introduce en las excavadoras un microprocesador que conlrola automáticamenle la posición de las bombas y el régimen del motor, para reducir el consumo, disminuir la fatiga del operador, con lo que aumenla el rendimienlo y elimina los errores por distracción. En cuanlo cesa la demanda de potencia, el sistema de ahorro de combustible corta la inyección del motor y reduce el régimen de revoluciones, el cual se recupera al accionar cualquier movimiento de trabajo. La diferencia entre marcas es el circuito electrónico que controla un dispositivo selector de la potencia en tres escalones del 100%, 85% y 70% (un cuarto escalón con 35% para operaciones más lentas por FiaL -Hítachi) según el menú o modo, que se cliga, de acuerdo con las prioridades de trabajo. MODO SIGN IFICADO p Producción E Economía L Precisión, lento Tabla 8.13 Siginificado de los modos más normales. La Fig. 8.42 indica los modos más normales con su significado, esquematiza lo más característico de cada modo. MODO Trabajo Velocidad del motor Prioridad p 100% Producción Acabar lo antes posible E L 85% ©. ' 70% Consumo de gasoil Precisión en la operación Fig. 8.42 Modos típicos del microprocesador; Lrabajos, prioridades y r6gimcn del motor. Otro sistema electrónico de diagnosis para mantenimiento de la máquina recoge un ( ( ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( (
- 206. 8.27 número importante de datos de la misma, como presiones, temperatura, niveles, cte., sustituyendo a todos los relojes y controles convencionales. Este sistema tiene varios niveles de aviso y alarma según la importancia de que haya que parar la máquina de forma in:;.tantánca, a determinados tiempos o al final de la jornada. Cada marca da un nombre a los distintos sistemas electrónicos mencionados. La Fig. 8.43 corresponde a la disposición de los mandos de una excavadora moderna, con el selector de modelo de trabajo (nQ 13), y el dispositivo de ralentí del motor (nQ 14), también muy Tipo .................. ...... .............. ................... ... ... .... pilotados 1. Traslación adelante 2. Traslación atrás 3. Extensión penetración 4. Recogida penetración 5. Rotación a izquierda 6. Rotación a derecha 7. Bajada de brazos 8. Elevación de brazos 9. Recogida de cuchara 1O. Apertura de cuchara 11 . Palanca de seguridad desconexión mandos 12. Cuadro electrónico 13. Selector de trabajo P-E-L 14. Selector velocidad lenta/veloz 15. Reposapies 16. Selector "Auto-ldling" motor o 2 Fig. 8.43 Disposición de mandos en una excavadora. FUENTE Fl·Hl conveniente para tiempos de espera, y que al actuar sobre él de nuevo, recupera el régimen de revoluciones prefijado. 8.12 MINIEXCAVADORAS. La necesidad de realizar excavac10nes en ciudad, en espacios muy reducidos, ba hecho nacer unas miniexcavadoras sobre orugas, cuya característica fundamental no es la producción, sino el servicio que realizan. Se transportan fácilmente en canúones de dos ejes y se descargan por rampas de tablones sin necesidad de una grúa. Ocupan poco espacio en las calles, algo menos que un automóvil, y permiten descargar a los mismos tipos de camiones. Puede cambiarse el cazo por un martillo rompedor hidráulico ligero. En obras civiles se utilizan también como auxiliares de otra excavadora, ya que pueden bajarse con una grúa a sitios muy reducidos en dimensiones y holgura, donde pueden excavar y apilar material para luego ser extraído con una retro. Incluso puede desmontarse la cabina y proteger al operador con una red para poder trabajar en sitios de casi un metro de altura. Debido a la flotabilidad de las orugas, pueden trabajar en sitios fangosos donde un obrero no podría.
- 207. m 4 - - - ~ - - ~ __, 0,88m 8.28 ---- 2490 --,--:..,.. :··1-0- º 5 -1 º...., 3 ~--~----'-------'-----' ._____ 3540 - ------ 4 3 2 Om Fig. 8.44 Miniexcavadora. Fig. 8.45 Miniexcavadora trabajando en una cimentación. ~ 980+-¡ 2230 _j 1 225 ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( (
- 208. 8.29 8.13 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS. EJERCICIO 8.1 Un banco de tierra común tiene 200.000 m3• que hay que excavar en 150 días laborables en jornadas de 8 horas, de 50 minutos útiles cada una. La altura tola! del banco es de 11,25m. que se excavan en 3 estratos aproximadamente iguales. Los dumpers se colocarán junto a una excavadora en la posición más favorable. Se pide: l) Seleccionar y justificar la capacidad mínima de la cuchara. 2) Para dicha cuchara, que reducción en días se puede ofrecer en el plazo de ejecución. Solución: 1) Primero se calcula la producción horaria necesana: P = 200000 m3 150 días x d 8 ,.h ia = l66,3m 3 B/h De la Tabla 8.10 se obtiene, para tierra común, una producción de 150 m3/h, con una capacidad nominal de cuchara de 1,12 m3, aunque se necesita una producción de 166,3 m3/h., que es algo mayor. Se tantéa inicialmente con la cuchara de l,12 m3• y con el ángulo de giro de la excavadora más favorable de las tablas, que es 45º, con lo cual aumenta mucho el rendimiento y se podrá obtener la producción necesaria. De la Tabla 8.7 se obtiene, para tierra común y capacidad nominal de la cuchara de 1,12 m3• una carrera de ataque óptima de valor 2,8 m. Como se tienen que excavar estratos de 11,25 / 3 = 3,75m. el % de carrera óptima será: 100 X ( 3,75 / 2,8 ) = 134 %. De la Tabla 8.8 se obtiene, para 134% de carrera óptima y 45º de ángulo de giro el valor: fo X fH/L = 1,14 La producción real será 114 x 150 = 171 m3B/h., que resulta ser mayor que los 166 m3/h. necesarios, luego se considera una capacidad mínima de cuchara igual a 1,12 m3 • La Tabla 8.9 da fu. = 1, si fuese otro valor, P aumentaría o disminuiría. 2 ) Para la cuchara elegida la producción es de 171 m3/h. Para conseguir 200.000 m3 de excavación se necesitarán: 200.000 m3 = 1. 170 h 171 m3 / h En jornadas de 8 horas: 1170 8 = 146 dÍé
- 209. 8.30 La reducción en días en el plazo de ejecución será: 215 -194 21 días EJERCICIO 8.2 Se va a excavar en un barrio de una ciudad, una zanja en tierra par el tendido de una tubería de saneamiento, con una máquina retroexcavadora modelo MH6. Se pueden elegir varios modelos de cuchara y de brazo para el trabajo de la máquina según la ficha técnica adjunta. La zanja tiene 4m. de profundidad, 1,45m. de ancho, y se estima una resistencia al corte del terreno de 1,6 Kg/cm 2• Se toma como fuerza de excavación de la máquina el 50% de la fuerza de arranque del catálogo, para considerar el coeficiente de corrección. Para la elección de la cuchara considérese que el ancho de la misma debe ser 0,9 w siendo w el ancho de la zanja. Se tomará la capacidad SAE de la Tabla. El tiempo que emplea la retroexcavadora en subir estabilizadores, trasladarse una corta distancia y bajar los estabilizadores es de 90 seg. Se considera carrera óptima de ataque la que corresponde a la longitud del brazo. El alquiler de la retroexcavadora con operador cuesta 7.000 Ptas/h. Los camiones que van al vertedero, tienen 10 m3 de capacidad y tardan en posicionarse detrás de la retroexcavadora 1 min, y en su viaje de ida y vuelta 45 min., colocándose detrás de la retroexcavadora, para dejar sitio a un costado de la zanja para situar los blindajes metálicos de seguridad y la propia tubería a colocar. Se considera un coeficiente de eficiencia horario de 0,83. Se pide: 1) Tipo de brazo que utilizará, justificando la elección. 2) Producción de la retroexcavadora en m3/h. en banco. 3) Coste de m.l. de zanja. 4) Nº de camiones necesarios. Solución: 1) El ancho de la cuchara es 0,9 w, siendo w = 1,45 m.: 0,9 x 1,45 = 1,3 m., que le corresponde en la ficha técnica, la capacidad SAE de 1,45 m3• Volumen suelto: Ys = f11 • C Siendo: C = capacidad de la cuchara = 1,45 m3 fu = factor de llenado = 1,04 Para tierra, según tablas: Ys = 1,04 . 1,45 1,5 m3• 'r ( ' < ( ( ( ( { ( ( ( ( ( (
- 210. ,.. 8.31 Volumen en Banco: V8 V5 / Fw; Fw = 1,19 según la tabla para tierra. Y8 = 1,5 / 1,19 = 1,267 m3 Si la carga la hace en una sola pasada, la penetración ªde la cuchara en el terreno será: V8 = 1,267 = 4. 1,45 . a ; Siendo a = 0,3161 m2 La sección de ataque será, pues: 0,218 x 1,45 = 0,3161 m2 y la fuerza necesaria de excavación será: Fe = S x Re, siendo: S = sección = 0,3161 m2 Re = resistencia al corte : 1,6 Kg/cm 2 F0 = 0,317 m2 • 16 Tn/m 2 = 5,07 Tn Con la fuerza de arranque F. = 2 x Fe según el enunciado, retendrá: F. = 2 x 5,07 = 10,17 t. y hay que elegir en la ficha técnica el brazo que dé como mínimo esta fuerza, y el más largo posible porque aumenta el alcance y da mayor producción, al repercutir menos el desplazamiento de la máquina. Se toma pues, el brazo de 3,2 m. que tiene Fa = 10,6 Tn. Le corresponde un alcance en el diagrama de la máquina que es el punto de corte de la curva nº3 con la profundidad de 4 m., y resultan 6 m. cortados desde la posición de los estabilizadores. 2) El tiempo del ciclo de trabajo se obtiene de la tabla, para capacidad de 1,45 m3 y cazo de tierra común: t = 21 seg. y carrera óptima de ataque 3,2 m. Carrera en % de la opt = 4 / 3,2 = 1,25 y con ángulo de giro de 180º resulta: Í¡ X Í2 = 0,69 Luego, Tiempo ciclo real = 21 / 069 = 30,34" Como el alcance es de 6 m. como se vio anteriormente, el volumen que puede excavar sin moverse será, VO 8 = 4 x 1,45 x 6 = 34,8 m3 b 3) Arranque Y0,s = Volumen suelto = 34,8 x 1,19 = 41,41 m3 S nº de ciclos a excavar = 41,41 / 1,5 = 27,6 ciclos tcicios = 27,6 X 30,43" = 840 " tdcsplazamiento = 90 " Total = 980 " P = Volumen x nº ciclos/hora x eficiencia horaria P = 34,8 . ( 3600 / 980 ) . 0,83 = 112 m3B/h. 112 m3 /h 4 X 1 , 45 m2 = 19, 31 m·S/h Corte = 7000 / 19,31 = 363 prf/m ·S
- 211. 8.32 4) Número de camiones necesarios: El número de ciclos para cargar un camión será: Capacidad del camión = vcuchara 10 m3 1,5 m3 = 6, 67 (7) Tiempo del camión en viaje de ida y vuelta = 45 min. = 2700 seg. El tiempo del ciclo del camión será: lcarga = 7 . 30,43 = 213 seg. lpusición = 1 min. = 60 seg. l,otal ciclo camión = 2973 seg. Prod/Camión = (3600 / 2973) x 7 x 1,5 x 0,83 = 10,55 m3L/h Prod/Excavadora = 112 x 1,19 = 133,28 m3L/h n2 de camiones = 133,28 / 10,55 = 12,63 (13 camiones) Caso Práctico 8.3. Determinación de la profundidad de excavación. Existen indicadores digitales de profundidad con señalización en la cabina que facilitan el control contínuo de la profundidad requerida. -:lE.'5 Fig. 8.46 Indicador digital de profundidad. Fig. 8.47 Nivelación mediante rayo láser. También hay otro sistema basado en rayo laser. Se coloca un detector en la pluma que provee señal acústica o visual en panel de control situado en la cabina (Fig. 8.47). ( ( ( r ( ( ( ( e ( ( ( ( ( { ( { ( l
- 212. 8.33 Caso práctico 8.4 Utilización de una miniexcavadora JCB 801. La Fig. 8.48 muestra la limpieza de un cauce pequeño de un río, situándose la máquina en el lecho, totalmente anegada hasta la plataforma del maquinista, en las proximidades de un puente, para facilitar el paso del agua y evitar inundaciones. Así trabaja en un sitio reducido, donde no cabe una retro normal. Fig. 8.48 Ulilización de miniexcavadora en cauce de rio. Caso práctico 8.5 Demolición en La Rue Balzac de París con la excavadora hidráulica Komatsu, modelo Dash 5, con brazo especial para demoliciones de tres secciones articuladas alcanzando una altura de 24 m. y dispositivo de mordazas hidráulicas. No se podían utilizar explosivos, proximidad inmediata de otros edificios por la y las autoridades decidieron mantener las calles abiertas al tráfico con todas las garantías de seguridad, con lo que tampoco podían utilizarse golpeadores suspendidos de una grúa, si bien el espacio era muy limitado para hacer oscilar estos golpeadores con la fuerza suficiente. Fig 8.49 Utilización excavad. en demolición.
- 213. 8.34 APÉNDICE 8.1 NUEVA GENERACIÓN DE MARTILLOS HIDRÁULICOS ROMPEDORES (MRH). Las nuevas tecnologías desarrolladas por los prinicipalcs fabricantes de MRH aumentan su utifüación, de forma que junto con el desarrollo de las retroexcavadoras, convierten a ésta máquina en una excavadora universal para todo tipo de terreno. Por este motivo se llama de nuevo la atención en este apéndice. Existe una nueva generación de MRH denominados supermartillos de carrera variable, en los que se engloban los de más de 4.000 J. Se caracterizan por dos importantes aspectos: 1) Variación automática de la carrera del pistón en función de la energía rebotada. 2) Onda de choque de fuerza progresiva. La energía pasa, de valores reducidos y gran frecuencia, a energías altas y bajas frecuencias, eliminando la disipación de energía cuando falla la resistencia de la roca por rotura, fisuración o apoyo. Pistonl F ' l . - , ..l ., . rebotada Fig 8.50 Esquema de un MRH y reparto de energía. F es la fuerza en el extremo del útil, S la sección en contacto con la roca, variable en cada instante de penetración y N tensión de compresión. La penetración siempre va acompañada de una absorción de energía y a medida que aquella aumenta, lo hace la sección S. Por consiguiente disminuye la presión hasta un valor inferior al coeficiente característico de la roca, lo que hace detenerse la penetración, produciendo a partir de ese momento un retroceso de energía potencial o rebote. Así se puede resumir que habrá rebote mínimo si la roca es blanda o no hay apoyo del útil, se rompe la piedra o la herramienta, y rebote máximo cuando es insuficiente la energía de choque para la gran resistencia que la roca opone. En resumen, si hay rebote, la roca no rompe, el útil no penetra, la energía es insuficiente y no ha podido ser utilizada. Es preciso aprovechar esa energía devuelta e incrementar la energía del golpe siguiente. El ataque con energía débil evita resbalar sobre el material después del primer golpe, ( ( ( r ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( { ( (
- 214. 8.35 y permite mantener el útil sobre el punto elegido. El útil queda en su lugar para realizar el siguiente golpe más fuerte. El ataque progresivo controlado, permite: 1) Controlar mejor el úil, cuando el martillo rectifica un perfil ó una zanja. 2) Aumentar la precisión sobre superficies lisas. 3) Aumentar la productividad en todo tipo de materiales. 4) Facilitar la rotura de bloques, evitando que el útil resbale sobre rocas dispuestas en bies. Modelos BRV - Montabert 32 43 53 Peso Kg 1250 2000 2900 Energía por golpe variable automáticamente: - máxima en terreno duro (J) 4000 5700 %00 - mínima en terreno blando (J) 1000 1425 2000 Tabla 8.14 Rango de MRH, de carrera variable. Uno de los inconvenientes de estos MRH era el ruido en medios urbanos, y existen modelos insonorizados para esta aplicación. La Fig. 8.51 indica las diferencias entre un martillo amortiguado y uno normal. dB(AJ A 70 10 m 20 m 30m Las curvas de volumen de ruido del marullo está n medi- das en campo abierto. golpeando sobre una placa de acero cubierta con una capa de a rena de 150 mm. Fig. 8.51 Volumen del sonido de un modelo para ciudad. Fuente Rammer. APÉNDICE 8.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES RESPECTO A LA UTILIZACIÓN DE LA PLUMA DE DOS PIEZAS EN RETROEXCAVADORAS. * Ventajas: - Adopta posiciones, más cerca o más lejos de la máquina. - Trabaja en espacios más reducidos.
- 215. 8.36 - Puede construir laludes sm mover la máquina. - Permite zanjear debajo de la máquina si la zanja es menor que su ancho. - La articulación absorbe parte de las vibraciones y amortigua más, cuando se trabaja con martillo. * Inconvenientes: - No es apta para producción debido a que tiene menos fuerza, y sólo se coloca en máquinas pequeñas de de 15 a 25 t.; fundamentalmente para obras de tipo urbano, y en carreteras para taluzar. APÉNDICE 8.3 VARIABLES DE COMPARACIÓN DE EXCAVADORAS. RANGO DE MODELOS. Existen una sene de variables, que sirven para comparar unas excavadoras hidráulicas con otras, entre las que se puede señalar: a) Pendientes sobre las que puede trabajar la unidad con una buena seguridad, tanto para ésta como para el operador (algunos modelos remontan pendientes de hasta el 80%). Es conveniente conocer si: • Existe posibilidad de engrase de los elementos del motor, aunque la máquina esté inclinada continuamente. • Dispone de frenos en los motores de lraslación, que la mantienen inmovilizada durante la excavación. b) La cabina, bajo los aspectos de utilidad, comodidad y seguridad es uno de los elementos a tener en cuenta en la comparación para un mayor rendimiento del operador, y con ello, conseguir mayor producción. e) El mantenimiento es esencial, cada vez se tiende más a reducir los puntos de engrase y a aumentar las horas de utilización sin mantenimiento, así como la utilización de relojes e indicadores de niveles. Actualmente es frecuente el engrase centralizado. d) Las hojas de especificaciones técnicas que reflejarán la mayor cantidad de datos técnicos expresados lo más claramente posible. Entre las principales dimensiones de las excavadoras están: • Alcance. • Altura. • Altura de vertido. ( ( ' ' ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 216. 8.37 Y entre los parámetros característicos: •Fuerza de Arranque (FA). • Fuerza de Penetración (Fp). •Potencia Hidráulica . Cuchara 4 en 1 Alcance A Altura B Altura de vertido e Fuerza de arranque Fuerza de !+-- - - A - - -- penetración - ---A---- 1 1 ~ Cuchara retro. Alcance Profundidad Altura Fuerza de arranque Fuerza de 'netración Fig. 8.52 Dimensiones principales y párámetros característicos de las excavadoras. Peso Cazo .. Fi-Hi CAT KOM Lieb O.K. CASE 19-20 t 1 FH-200.3 320 PC-210.5 R 912 1088 20-24 t· 1,2 FH-220 325 PC-240.5 R 922 RH 8 125 26-30 t . 1,5 FH-300.5 330 PC-300.5 R 942 RH 9 1288 42 t 2,3 FH-400.5 235 PC-400.5 R 954 RH 20 220B 64 t 3,5 245 70 t 3,7 EX-700 375 PC-650.3 R 974 RH 30C 350 • Tipos más normales •• Capacidad del cazo (m3) con d=l,8 Tabla 8.12 Modelos de retroexcavadora en O. P. sobre cadenas de algunos fabricantes. Fiat-Hitachi, Carterpillar, Komatsu, Liebherr, O. K., Case. e) Excavadoras de ruedas o de cadenas. Las retros sobre ruedas tienen la ventaja de los desplazamientos por sus medios en áreas urbanas, no necesitando el transporte sobre góndolas, lo que representa inconvenientes de maniobras en calles estrechas, con coches mal aparcados. El inconveniente principal en su tajo, es que en los frecuentes desplazamientos requiere levantar los gatos de apoyo, y conviene dado la irregularidad del suelo donde está situada, que dichos gatos sean independientes los cuatro. PESO CAZO CASE O.K. AK. LIEB. FI-HI FAI CAT 17 1 m 3 888 MH5 H7 900 FH 150W 1000 214B 20 1,2 m 3 1088 MH6 HlO 902 ---- llOO 224B Tabla 8.13 Modelos más normales de retroexcavadoras sobre ruedas, de algunos fabricantes: Case, O.K., Akerman, Liebherr, Fíat-Hitachi, FAI, Caterpillar. A B e
- 217. 8.38 APÉNDICE 8.4 EXCAVACIÓN DE TÚNELES. MAQUINARIA Una aproximación general a esta cuestión, consiste en los procedimientos típicos siguientes: a) Perforación en roca, con voladura. Maquinaria: Carros perforadores (Jumbo). De éstos hay una última generación de Jumbos robotizados, con diana en el microprocesador del carro, que elimina el replanteo en la sección del túnel, consiguiéndose unos rendimientos espectaculares respecto a los Jumbos convencionales. Carga y transporte con cargadoras tipo L.H.D.. b) Perforación en roca: Topos, dependiendo del diámetro del túnel y característics de la roca: dureza, abrasividad, fallas. c) Excavación normal en tierra: método Belga. Martillos picadores neumáticos de 4 Kg. d) Excavación a sección completa en tierra con peligro de desprendimientos: utilización de Escudo. e) Excavación mecanizada en tierras. Hay distintos métodos de galerías de avance, laterales, etc, y secciones, dependiendo los pases del tipo de terreno, el cual a su vez condiciona los tipos de sostenimiento (Clasificación Austriaca de los mismos). Si la sección tiene galibo suficiente, la maquinaria consiste en retroexcavadora y camiones. Existe una técnica de sostenimiento previo al avance, mediante la utilización del método Premill, consistente en un precorte mecánico con una maquinaria especial, parecida a una sierra que talla el perímetro de la sección, y un relleno o sostenimiento de hormigón proyectado. f) Excavación en terrenos de tránsito. Utilización de retroexcavadora, provista de martillo rompedor hidráulico. Si la sección lo permite, cargadora de ruedas, en un costado y transporte con camiones. Es la solución más económica en este terreno. En condiciones geológicas mixtas, si la sección no permite la situación simultánea de cargadora y retro, existe una excavadora ITC con martillo rompedor y cazo de retro colocados juntos en el brazo, y provista de cinta transportadora para cargar camiones (Fig. 8.53). En formaciones blandas, utiliza el cazo como retro (2') y el martillo se retrae (l'). En formaciones más duras, el martillo se coloca en posición avanzada para trabajar (1), y el cazo (2) no actúa. Alternativamente, después de fragmentar con el martillo, éste retrocede y es el cazo el que efectúa la carga del material, encauzándolo a la cinta, la cual descarga a los camiones situados en la pate posterior. Otra situación técnica que aconseja el empleo de,,esta máquina ITC es cuando aparece agua en el túnel, el suelo se vuelve fango, y aunque haya suficiente sección de túnel para la cargadora, ésta se hunde en los giros al cargar los camiones. ( ( ( ( ( ( 'r ( ( ( ( ( ( ( < ( ' ( ( ( (
- 218. .... "' a, .,, O 1 2 3m ¡,,,,¡,,, ,¡,,,,w..u.L.u.w..u.J o "' .., 13501 8.39 TUNNEL HEAOINGMACHINE SCHAEFF IT( MO O EL 312 H BOOM EQUIPMENT H6 WITH LARGE TDOL HOLDER Fig. 8.53 Máquina ITC, retro-martillo-cargadora. 1) Martillo hidráulico en posición avanzada de trabajo. 1) Martillo hidráulico en posición trasera, de reposo. 2) Cazo de retro hidráulico en posición de reposo. 2') Cazo de retro hidráulico en posición de trabajo, arranque. Fuente: Cortesía de FCC, UFE Ricia 1-B, AVE Madrid-Zaragoza.
- 219. 8.40 APÉNDICE 8.5 EJEMPLO DE EXCAVACIÓN DE UN DESMONTE. La fig. 8.54 corresponde a la sección trasversal de un desmonte a rebajar. Se pide explicar el esquema del proceso de excavación. 12 m. Fig 8.54 Sección trasversal Solución: Primeramente se divide la sección trasversal en una cuadrícula, de dimensiones aprroximadas, 10 m de ancho y 3-4 m de alto, fig. 8.55, con secciones del l al 9, no teniendo por qué coincidir las líneas verticales, ni ser los anchos todos iguales. R.1 R, R. 2 CD CD R"J R.J G) CD ® (J) Fig 8.55 Sección trasversal. Secuencias. A continuación se estudia cómo se va a realizar la excavación en un corte longitudinal del desmonte. ( ( ( '( '( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 220. 8.41 La retro se coloca en la posición R1, fig 8.55 y 8.56. Un tractor bulldozer, o ella misma si no hay disponible un bulldozer, ejecuta una excavación en cuña para obtener un desnivel de 3,5-4 m, que es la altuta de banco apropiada para una excavación con retro. ------·----- J 3,5-4 m. Fig 8.56 Sección longitudinal De esta forma, al carga los caminones, éstos circulan por un nivel inferior al de la retro. A continuación se hacen los cortes a, b, c, den la sección 1, fíg. 8.57. E> / J3,5-4 m. Fig 8.57 Perfil longitudinal Los anchos de unos 1O m son los necesarios para que puedan moverse los camiones, de forma que mientras se está trabajando en una sección, el restante tráfico de la obra puede circular por la otra, en la que no hay ningún corte hecho. Así, una vez terminada la sección (l) del primer banco, se ejecutaría la siguiente, sección (2), ocupando la retro la posición R'1, fig. 8.59. Los camiones pueden circular para la carga por el corte (1) ya efectuado.
- 221. 8.42 R'1 Traficoobra - l~___ IO_m _ . __---,,~___ IO_m _.__-,,.____ IO_ m. _ _ - ; Fig 8.59 Sección trasversal (1) Sección ya excavada (2) Sección excavándose J,.,.. Una vez excavado el primer nivel del desmonte, la retro baja al piso inferior del banco ya excavado, y se sitúa en la posiciones R2, R'2 y R"2 ,fíg 8.55 y 8.60, repitiéndose el proceso, y estando los camiones situados siempre en un piso inferior al de la retro. -------------- Fig 8.60 Sección longitudinal Las figuras 8.55 y 8.61 muestran el desmonte en las fases sucesivas y con las distintas posiciones que toma la retro. R,,R;. R; _Q R,,R;,R; R,,Rj,R; Fig 8.61 Sección longitudinal F: Rasante definitiva , ( ' '( ' ' '( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 222. 9.l CAPÍTULO 9 EXCAVADORAS DE CABLES 9.1 TIPOS. • Móviles. Antigua Excavadora Universal y versiones modernas. • Estacionarias. Scrapers de arrastre. Oi,renos titil• Ñ acnacióa J carp. Fig. 9.1 Móvil. Antigua. excavadora universal. ca••· ira,rll Fig. 9.2 Scraper de arrastre. Monocable. Fig. 9.3 Scraper de transporte aéreo. Bicable. 9.2 TIPOS MÓVILES. La excavadora universal de cable de empuje frontal fue el modelo primitivo de excavadora y apareció a princicios de siglo. A diferencia de las hidráulicas, las cuales mueven su equipo de trabajo mediante cilindros hidráulicos, éstas lo hacen mediante cables y cabrestantes. Mientras excavan estan fijas, igual que la hidráulica. El equipo básico es normalmente sobre cadenas y en la plataforma superior se
- 223. 9.2 encuentran tres cabrestantes, uno de elJos para cambiar la inclinación de la pluma y los otros dos para los equipos de trabajo. Hay excavadoras de cables de empuje frontal todavía en la minería y algunas canteras, pero con grandes capacidades de cazo (mayores de 10 m3) y con motores eléctricos de accionamiento, es decir, precisan una linea eléctrica de alimentación. c...,.,,,,. •••«IIM~•7 ,._ ¡- l'olH 11lr1,na H - - • la 111... t Fig. 9.4 Excavadora de cables de empuje frontal. Fig. 9.5 Equipo de trabajo. ( ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ' ( (
- 224. 9.3 Una versión moderna actual consiste en que los cabrestantes son accionados por motores hidráulicos, suprimiéndose las transmisiones por correas de los modelos antiguos. Las aplicaciones según el equipo de trabajo son: • Grúa con gancho de elevación. • Cazo especial de almejas en excavación de cimentaciones, en muros pantalla, llegando a grandes profundidades. • Dragalina con cazo de excavación. • Hincadora de pilotes prefabricados con un mástil grúa suspendido de la pluma, por el que corre un martinete. • Perforadora de pilotes, con mesa rotativa (Kelly) CD ® ® Fig. 9.6 1) Mesa rotativa KELLY para perforaciones de pilotes. 2) Cazo bivalva para excavaciones de muros pantalla. 3) Mástil hincapiloLes. 9.3 DRAGALINA. Actualmente es la excavadora de cables más utilizada, trabaja mediante arrastre del material.
- 225. 9.4 t C•b!e o• ,1,,oción -s-,, -E~ Fig. 9.7 Dragalina. Esquema de cable. 9.3.1 EQUIPO DE TRABAJO. Su equipo de lrabajo está constituido por: a ) Pluma de celosía o brazo. b) Cazo. c) Cables. a ) Pluma de celosía o brazo: La Pluma es de celosía, su inclinación varía entre los 30º y los 80º con la horizonlal; ésta se consigue mediante cables que van apoyados en un caballete auxiliar colocado sobre la superestructura. Su longitud se modifica añadiendo o quitando elementos intermedios atornillados a su parte media. b) Cazo: El cazo tiene forma de caja paralepipédica, con dos caras abiertas: la superior y la frontal, que sirven de entrada del material. Los laterales tienen agujeros para permitir la salida del agua. Lleva unos dientes en el labio delantero del fondo. Puede bascular alrededor de una horquilla de suspensión, mediante el cable de vuelco. El cazo está unido a la excavadora mediante 2 cables. c) Cables: • Cable de arrastre: va desde el cazo al cabrestante de arrastre, se utiliza para acercar el cazo a la máquina. • Cable de elevación: sirve para subir y bajar el cazo, pasa por la polea del extremo de la pluma y va al cabrestante de elevación. ( ( ( ( ( ( ,. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ' ( l
- 226. 9.5 Fíg. 9.8 Dragalina. CAPACIDAD DRAGALINA RANGO DE CAPACIDADES L = Longitud de la pluma (m) 16 19 22 22 25 28 31 Angulo de la pluma (aprox.) 30 40 4U 30 30 30 30 C = Capacidad de cazo (m3) 2,5 2,3 1,9 1,5 1,2 1,0 0,8 R = Radio de la carga (m) 15,7 16,4 18,7 20,9 23,5 26,1 28,7 T = Profundidad de excavación (Taludes 1:1,5) 9,5 10,3 12,0 13,2 15,1 17,0 18,8 U = Altura de descarga (m) 4,2 8,6 10,9 8,8 9,7 11,4 13,1 W = Alcance de excavación (m) 19,8 22,2 25,3 26,2 29,4 31,7 35,9 Z = Longitud de cazo (m) 5,6 5,4 5,1 4,8 4,6 4,4 4,2 Peso del cazo vacío (kg) 2340 2190 1870 1610 1330 1080 830 Peso del cazo lleno (kg) (y = 1700 kg/m 3) 6550 6080 5120 4210 3290 2710 2120 Tabla 9.1 Rango de capacidades de dragalina. 9.3.2 CICLO DE TRABAJO. El ciclo de trabajo de la dragalina consta de seis fases: 1º ) Lanzamiento e hinca del cazo:
- 227. 9.6 Con el cable de arrastre, el maquinista acerca el cazo a la máquina y al mismo tiempo Lira del cable de elevación para mantener el cazo en el aire. Suelta el cable de arraslre y una wz rebasada por el cazo la vertical del extremo de la pluma, va dejando cable de elevación con habilidad, para que el cazo caiga en el punto de iniciación de la excavación. Fig. 9.9 Ciclo de trabajo. 1ª Fase. Sube el cazo, para que luego haga de péndulo, y se sueha al final del recorrido. 2º ) Arrastre y carga del cazo: Una vez hincado el cazo en el terreno, se recoge cable de arrastre a la vez que se suelta cable de elevación, con lo cual el cazo arrastrándose por el terreno, va cargándose a medida que se acerca a la máquina, operación facilitada por los dientes dispuestos en el borde de ataque. 3º ) Elevación del cazo: Cuando éste se encuentra prox1ma a la excavadora, se levanta mediante el cable de elevación, en combinación con el cable de arrastre para evitar el vuelco del cazo. 4º ) Giro de la plataforma: Se produce el giro de la superestructura, colocado el cazo en la posición de la fase ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '(
- 228. anterior, hacia el lugar de descarga. 5º ) Descarga: Una vez colocado el cazo en el punto de descarga, se suelta el cable de arrastre, y se tira del cable de elevación, con lo que el cazo, al llegar bajo el extremo de la pluma se pone automáticamente en posición de descarga y los materiales se vacían sobre acopio, dumper (Fig. 9.10), etc. 6º ) Giro a la posición inicial: Efectuada la descarga, la máquina gira sobre la corona dentada para repetir el ciclo, generalmente a la vez que se efectúa este giro. Se realiza el acercamiento del cazo 9.7 Fig. 9.10 Descarga sobre dumper. a la máquina y se mantiene éste en el aire, como al comienzo de la fase 1ª. LANZAMIENTO E HINCA ~ /T S ELEVACION T Fig. 9.11 Dragalina. Ciclo de trabajo. Fases. Cable: T =tenso, S=suelto 9.3.3 UTILIZACIÓN. Debido a la mayor duración del ciclo, el rendimiento es menor que con otros eqmpos de excavación.
- 229. 9.8 En general, se excavan mejor los terrenos situados por debajo de la cota de la excavadora (en seco o en agua). Los terrenos a excavar no pueden ser duros, pues difícilmente entraría el cazo en ellos. Se empica en terrenos en que no puede acercarse la máquina, como ocrurre en terrenos pantanosos o anegados de agua. En excavaciones bajo el mar o el borde de un río, opera desde la orilla. Así, en obras hidráulicas, en encauzamientos de ríos, excava las partes cóncavas y draga el perfil del río para recuperar su pendiente o corrije los márgenes y coloca escollera, no existiendo máquina que lo haga más rápido. El cazo en estos casos lleva una serie de ranuras o perforaciones que sirven para evacuar el agua y reducir el peso de arrastre. Frecuentemente se utiliza en explotación de graveras en las orillas de los ríos o con nivel frcático elevado. ·---~ ' :[.., 1.l m /5 m 1.5 m Fig. 9.12 Excavación de un canal por dragalina que avanza por un eje. La dragalina es la máquina más adecuada en la construcción de canales cuando los materiales extraídos se amontonan en caballones longitudinales, avanzando por el eje de la excavación. Fig. 9.13 Dragalinas excavando trasversalmente en un canal. La distancia a que puede proyectarse el cazo para comenzar la excavación (radio máximo de excavación) depende mucho de la habilidad del conductor. El alcance normal puede aumentarse en el tercio de la proyección horizontal del brazo. Si el canal es suficientemente ancho, se pueden colocar dos, una a cada margen. 9.3.4 PRODUCCIÓN. La fórmula general: p = C X fu X nº cicJos/h X fh (C, fu y fh tienen el mismo significado que los vistos en excavación). ( ( ( ( ( f ( ( ' ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( l
- 230. 9.9 La profundidad óptima de corte es ua concepto análogo al de las excavadoras, aunque aquí el cazo se mueve longitudinalmente, en lugar de en vertical y existen tablas para distintas capacidades de carga facilitadas por la P.C.S.A. (Power Cranc and Shovel Association), así como tiempos de ciclos y los coeficientes de giro, carrera óptima y llenado, de forma análoga a lo expuesto en excavadoras. Dado que el interés del cálculo de la producción de la dragalina es sobre todo en excavaciones de canales, y esta utilización no es frecuente en España, no se incluyen estas tablas. 9.4 CUCHARA BIVALVA. En la misma máquina de la dragalina se puede sustituir el cazo de ésta por una cuchara bivalva, compuesta por dos mandíbulas o valvas. Las valvas no tienen capacidad de corte en excavación, sino es por su propio peso, y para aumentar la fuerza de penetración se la deja caer desde una cierta altura. E e Posic10n mcial. INCLINACIÓN CABLE DE ABERTURA YCIERRE (C) CABLE DE ELEVACIÓN (E) e E C Llenado de la cuchara. E levación de la cuchara con la carga. ~ TENSIÓN o SIN TENSIÓN Vaciado de la Descenso con la cuchara. cuchara vacía. Fig. 9.14 Excavadora con cuchara bivalva. E y C tambores de los cabrestantes.
- 231. 9.10 El material a excavar tiene que ser relativamente blando. Es más propiamente un elemento de carga que de excavación. El borde de unión de dichas mandíbulas puede ser liso o con dientes.El borde liso es utilizado para excavar terrenos sueltos o sin gran cohesión, en los demás casos se deberán utilizar mandíbuJas con dientes. Se utiliz.a para la ejecuc1on de carga de tierra en espacios limitados (pozos, zanjas de cimentación, etc.) o profundidades que superen las posibilidades de trabajo de las excavadoras. En excavaciones tienen mucho menos fuerza de arranque que los cazos hidráulicos. También se usa en operaciones de dragado. Aplicación en muelles puertos (carga a granel de minerales, clinker a barcos). La profundidad a la que puede trabajar la cuchara no está limitada más que por la posibilidad de enrollar sobre los cabrestantes la longitud de cable necesaria. Se llegan a sobrepasar los 20 m. La capacidad varía entre 0,3 y 5 m3• Los movimientos de elevación y descenso de la cuchara se realizan mediante el cable del mismo nombre que está accionado por un cabrestante. La apertura y cierre se realiza por mediación de otro cable accionado por su correspondiente cabrestante. 9.5 GRÚA. Si a la máquina anterior se le quita el cazo y se pone en su lugar un gancho, se convierte en una grúa. La pluma de ésta se puede levantar y bajar mediante el cable de levantamiento, accionado por un cabrestante (elevación máxima 70º a 82º) que permite hacer variar la inclinación y alcance de la misma. Fig. 9.15 Grúa DEMAG CC1200,pluma 66 m,carga 250t. La elección de una grúa viene dada por su carga de elevación con el máximo alcance; lógicamente la carga varía según el brazo de palanca. La grúa como tal es una máquina de mucha importancia y características especiales, por lo que normalmente son máquinas distintas de la excavadora universal y deben estudiarse por separado. Los modelos sobre cadenas tienen plumas de celosía de gran longitud para grandes alturas, y capacidades de carga muy importantes. f ( ( f- ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 232. 9.11 Un modelo de macrogrúa es la provista de un anillo en la parte inferior Ringer que les permite plumas con alcanzes mayores en altura y radio. Los modelos sobre ruedas normalmente tiene la pluma telescópica hidráulica, aunque también hay modelos con pluma de celosía. 9.6 EXCAVADORAS ESTACIONARIAS (SCRAPERS). Estas excavadoras pueden montarse en un lugar fijo de forma permanente o en instalaciones temporales. Son máquinas muy utilizadas en explotaciones de graveras y bancos de arena. Excavan mediante el arrastre de un cazo que se va llenando mediente la tracción que ejerce un cable desde un cabrestante movido por un motor. Existen dos tipo de Scrapers: • Monocable: el transporte es mediante arrastre por el fondo de la excavación. • Bicable o transporte aéreo (slackline cableway): en el cual el cazo después de llenado, es transportado colgado de un cable aéreo (cable vía). Su aplicación típica es en graveras subacuáticas y donde se necesite un transporte importante. 9.7 SCRAPER DE ARRASTRE MONOCABLE. 9.7.1 PARTES ESTRUCTURALES. Está constituído por: • Un Poste de Cabeza (o Poste Fijo): con unos vientos anclados en el terreno y unas poleas de cabeza por las que pasan los cables. • Un Caballete Posterior: que anclado al terreno mediante cables bridas sirve de soporte a la polea de regreso. 9.7.2 EQIDPO DE TRABAJO. Su equipo de trabajo está formado por: a) Cazo: Cazo con forma de herradura en planta, abierta por el fondo y en su parte delantera y superior.
- 233. Su parte trasera tiene forma curvada, esto es debido a que la tierra al acumularse en esta pared, ejerce una mayor presión que si ésta fuese recta, con lo que cambia la orientación del cazo y para así la excavación.Trabaja arrastrándosde por el suelo. b) Cables: El cazo va unido a dos cables: 9.12 ·- Fig. 9.16 Cazo del scraper monocable. • Cable de arrastre: de la parte delantera del cazo a otra polea del poste de cabeza y de ésta a un tambor de cabrestante. • Cable de retorno: desde la parte posterior del cazo a la polea de regreso y de ésta al poste de cabeza, pasa por la correspondiente polea y llega al segundo tambor del cabrestante. Fig. 9.17 Scraper de arrastre de dos tambores. Si se quiere que el scraper barra un área mayor, se colocan dos caballetes posteriores unidos entre sí por un cable y la polea de retorno puede deslizar mediante otro cable traccionado por un tercer tambor de cabrestante. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( '( ( (
- 234. retorno. 9.13 r Co~tl,J'-"«-n .._¡ ,, ',> Fig. 9.18 Scraper de arrastre de tres tambores. 9.7.3 CICLO DE TRABAJO. Consta de Lres fases: Fase A: Arrastre del cazo. Fase B: Descarga. Fase C: Retorno. 9.7.4 FORMA DE TRABAJO. Se lleva el cazo al punto donde se desee comenzar la excavación mediante el cable de Una vez colocado en dicho punto se tira del cable de arrastre y el cazo se va arrastrando por el terreno, a la vez que se acerca al poste de cabeza, cargándose. Una rampa a modo de gran canaleta, sirve para elevar el cazo con el material excavado, hasta su parte más elevada. Una abertura del fondo de la rampa en ésta zona sirve para descargar el material sobre una tolva, vehículo o cinta transportadora. En este scraper no se eleva el cazo del suelo, por lo que no es posible paralizar la excavación en un determinado punto. Una vez efectuada la descarga, mediante el cable de retomo, se lleva el cazo al punto de excavación, aumentando la profundidad del surco de excavación.
- 235. a :,fil orla olt:a 'º" aliuro .,.,,,,, ~ " 9.14 Corte a-a ------ - ---- --'~l!lf. -~tº~'!.•__ - -------- . ~ .... Ram de •cce..1• • lfl" o ....-. cona/,"/.,,"" 'º" 1 01 .,,,,..•• .,•hria/«1 ,..,, ac cw:-1•" Vista en Planfa .o.------------ -- ---- ------- ------- _¡__~~ t . - - - ----· -----. ·---- . -+--..-- -------- 'ª ~.. ---------------f'!.'L•-~~f.!..!"!!! '!! ____JI----~ ,,,,.,,_j//a UIO Í1rcl,-,,~,, de t!S• Ñ6 ••31u, 9,w1rvl•,.,• fria Fig. 9.19 Forma de trabajo. lo Po/e o rsf•r1111 9.7.5 PRODUCCIÓN. Siendo: p nº ciclos C X f 1 l X h C = capadidad de cazo t = tiempo de ciclo f11 factor de llenado fh = factor de eficacia horaria Se supone que la velocidad es igual en excavación que en L L L X ( v i + Vr ) t = + = v i v r vi - vr 3600 t arrastre. L = V / Se tendra que: '''( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 236. 9.15 Siendo: L = Longitud de recorrido Y¡, v, = velocidades de ida y retorno V' = resulta que: P = C X f< X V' X 36 OO X fh L PxL=K siendo: K = C X f< X V' X 3600 X fh L p Fig. 9.20 Curvas de producción ele scraper de arrastre. Resultan familias de curvas en función de la capacidad del cazo (Fig. 9.20); las velocidades son muy similares para todos. 9.8 SCRAPER DE TRANSPORTE AEREO. EXCAVACIÓN , Fig. 9.21 Scraper de transporte aéreo.
- 237. 9.16 9.8.1 PARTES ESTRUCTURALES. Está constituido por: • Poste fijo: estructura que se fija al terreno, de mayor altura que el modelo anterior y anclada mediante vientos. Lleva poleas de cabeza. • Caballete posterior: estructura fija de altura reducida. Colocada al otro extremo de la excavación y anclada también ¡¡J terreno. 9.8.2 EQUIPO DE TRABAJO. Formado por: a ) Cables: • Cable vía o carril: Colocado entre las dos orillé:1s de fa excavación está anclado en el caballete posterior y pasando por el poste fijo llega al cabrestante de tensión de dicho cable, con el cual se le puede dar mayor o menor tensión. • Cable de arrastre: Es el que sirve para mover el cazo alejándolo o acercándolo del poste fijo, mediante su correspondiente cabrestante. Dispositivo de vuelco del cazo Carro de vuelco Bl cable de 5rrastre tira taabién del cerro de vuelco Fig. 9.22 Posiciones sucesivas de vertido mediante el carro de vuelco y tope. ( '( ( ( ( < ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 238. r 1 Tractor 9.17 b) Cazo: Es el elemt:nlo de carga. Eslá abierto en su parle delantera y en la superior, igual que el monocablc. Eslá suspendido del cable vía por un carrillo portacazo que lleva unas poleas que corren sobre el cable vía y, un dispositivo de vuelco. Si se quiere ampliar su radio de acción es necesario colocar varios anclajes (caballetes) en la orilla opuesla al posle fijo. 9.8.3 FORMA DE TRABAJO. Comien7.a éste con el transporte del cazo al punto donde se desee comenzar la excavación; para ello, se tensa el cable vía y se suelta el cable de arrastre. El cazo desli7.a por gravedad sobre el cable vía, y al llegar al punto deseado se frena, medianle el cable de arrastre. Seguidamente se suelta el cable vía para que el cazo descienda y llegue al lt:rreno; tirando con el cable de arrastre el cazo excava y se llena. Una vez lleno, se tensa el cable vía, con lo que se eleva el cazo y con el cable de arrastre se le lleva hacia el poste fijo para su descarga. Esto se efectúa automáticamente mediante el dispositivo de vuelco del cazo al llegar al tope de vuelco. Una vez realizada ésta operación, se repite el ciclo, volviendo el cazo al punto de excavación. Cable carril Cable de arrastre Vano máx. = 8 h ------- ----- ----- ------- ---_ ,,----------------- -------------------e_:::_____ ____-------- l · ·: . o, Fig. 9.23 Scraper acoplable a dragalina. A veces puede sustituirse el equipo de cabrestantes por una dragalina.
- 239. 9.18 ~ / ( '° Fig. 9.24 Ejemplo de dragado en un puerto. Descarga sobre tolva. C.P. 9.1 Utilización de dragalinas en el "Acondicionamiento de las márgenes del Río Guadiana" en Badajoz, por el Parque del M.O.P.T. C) Fig. 9.25 Estado inicial. Fig.9.26 Construcción de espigones Fig.9.27 Dragalinas dragando el cauce del río (] Fig. 9.28 Estado final después de excavados los espigones y protegidas las márgenes con escollera. Las Figs. 9.25, 9.26, 9.27, 9.28, muestran las distintas etapas. El dragado de 1.800.000 m3 se efectuó, mediante dragalinas que se hicieron su propio camino hasta casi la otra margen del río, mediante la construcción de los espigones de las Figs. 9.26, 9.27. Los terraplenes con productos de excavación fueron 1.200.000 m3 y la longitud de acondicionamiento 2,8 Km. Llegaron a estar simultáneamente capacidades de "" 2,5 m3, alcances profundidades de dragado de 3 m. 6 dragalinas con de 25 m., y Con las rmsmas máquinas se construyeron y acondicionaron islas para la avifauna y colocación de la escollera de las márgenes. Terminado el trabajo se retiraron los espigones (Fig. 9.28). ( ( ( ( f ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 240. ,. 10.1 CAPÍTULO 10. ZANJAS EQUIPOS DE EXCAVACION DE CARGA CONTINUA.ZANJADORAS ENTIBACION DE ZANJAS 10.1 ZANJADORAS. OBJETO. Las zanjadoras T.C.M. (Trench culting machines) son máquinas especialmente diseñadas para la apertura rápida de zanjas continuas en campo abierto. También se las llama zanjadoras continuas y trincheradoras. Esencialmente son palas metálicas que arrancan la tierra de manera regular, por debajo del nivel de la unidad, trabajando para abrir una zanja del ancho deseado y de una cierta longitud. Estas zanjas quedan perfectamente acabadas, con el fondo plano y los bordes limpios, aptas _ para instalar en ellas conducciones de aguas, tuberías, cables, etc. Se utilizan también para hacer zanjas en terrenos rocosos, en lugar del sistema de perforación y voladura (D +B, Drill and Blasting). Una característica inportante de estas máquinas es que excavan y descargan el material al mismo tiempo, situándolo en un cordon paralelo a la zanja en la superficie del terreno, mediante una cinta transportadora situada transversalmente a las máquinas. El tren de rodaje puede ser de cadenas o ruedas. 125" (317cm) -, ' ' '' 140.5" (357 cm) - - - - - --l / 75.9" (1 93cm) (157 cm) 62" 135.6" (90.5 cm) 31 "' (78.7cm) . ,.........__,~_ _L_ 68 Fig. 10.1 Zanjadora Yerrneer con eqwpo retro. Peso 3,2 L., 40 kw. 1 1 0-60"' (0-152 cm) 1
- 241. 10.2 La potencia necesaria en proporcional a la sección transversal de la zanja, lo que quiere decir que, dada la potencia de una máquina tiene una limitación en ancho y profundidad, y que si aumenta la profundidad hay que disminuir el ancho a excavar. 10.2 PROBLEMÁTICA DE LAS ZANJAS EN RELACIÓN CON LA MAQUINARIA Y EL PROCESO CONSTRUCTIVO. Está ligada a la seguridad de los obreros que tengan que trabajar dentro de la zanja. Lo primero que hay que estudiar es la profundidad; si ésta es poca, caso de instalaciones de gas y cables (telefonía), aunque el terreno sea tierra no es necesaria la entibación de la :z.anja (existen también blindajes metálicos para este fin). Si el objeto de la zanja es la colocación de colectores de saneamiento o distribución de aguas, se necesitan mayores profundidades y anchos y, en el caso de tierra, existe el peligro de derrumbamiento de las paredes, que ocasiona accidentes mortales y es el origen más frecuente de éstos en la construcción. La seguridad en la construcción exije, cuando son zanjas en tierra, protección de los trabajadores en su interior, sea con entibaciones en madera o en los llamados blindajes metálicos, de los que hay varias marcas en el mercado. Las zanjas en tierra pueden excavarse con retros, siendo posible simultanear las actividades de excavación y colocación de blindajes. Si la excavación se hace con zanjadoras continuas, la colocación de blindajes debe ser posterior. Si la excavación es en roca, no se necesitan protecciones y la utilización de zanjadoras, en lugar del sistema D + B, depende de la longitud de la zanja y del consumo de picas. En relación con este consumo pueden servir de orientación los criterios que se siguen para la utilización de los topos en perforación de túneles. Los inconvenientes del sistema D +B, brevemente resumidos son: - Mayor complicación de la obra. - Impacto ambiental. - Mayor coste en general. La Tabla 10.1 (Pag. 10.3) resume lo comentado antes. Las Tablas 10.2 y 10.3 (Pag. 10.4), dan sucesivamente el consumo de picas/m 3 en función de la resistencia a la compresión de la roca y su abrasividad medida en SiO3• Primero se entra en la tabla T 10.2 y, con los resultados obtenidos, en la tabla T 10.3. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 242. ( ( SISTEMA DE APERTURJ DE ZANJA 10.3 UTILIZACION -----< CABLES GAS ~----<COLECTORES TERRENO ENTIBACION ROCA RETRO o ALMEJA ZANJADORAS CONTINUAS PERFORACION y ZANJADORAS CONTINUAS T C M PROD. M3 T C M VOLADURA CONSUMO DE CONTENIDO LONG. ZANJA IEXCAVACION DE ZANJAS' TEMAS PICAS/M3 1--~.-DE SILICE Si03 ENERGIA NECESARIA Kw/m3 RESISTENCIA A COMPRESION Rc(Kg/cm2) M.L DE AVANCE RELLENADO DE ZANJA: OPERAC. IMP. - APILAR EXCAV. A LO LARGO OPERACION UTILIZACION CABLES - RELLENO DE ZANJAS RAPIDO RAPIDA TUBERIAS - RELLENO DE ZANJAS LENTO LENTA ~ ESTABILIDAD TIERRAS PELIGRO DERRUMBE PAREDES ANTES DE RELLENO [EXCAV. CON RETRO O ALMEJA .__ ENTIBAC. DE PROTECCION ANCHO DE ZANJA (TIERRA A TIERRA) ZANJA RELLENO ANCHO PROF. CABLES PEQUEÑO 50 GAS RAPIDO 40 cm. A -----1UTILIZACION: TELEF. 90C. COLECTORES LENTO GRANDE GRANDES AGUA 1 A 3 m. 4 A 8m. POTENCIA PROP. A LA SECCION TRANSVERSAL. PARA UNA MAQUINA NECESARIA DETERMINADA. T C M AUMENTA PROF. - DISMINUIR ANCHO A EXCAVAR Tabla 10.1 Problemática de las zanjas.
- 243. 10.4 Energía necesaria. Energía necesaria. Energía necesaria. Resistencia a la compresión. SiO3 < 30% SiO3 """30% SiO3 > 30% Kp/cm2 Kwh/m3 Kwh/m3 Kwh/m3 100 0.2 0.8 l.7 200 0.4 1.6 3.1 300 0.7 2.7 4.5 400 1.5 3.7 6.0 500 2.3 4.8 7.5 600 3.4 6.0 9.2 700 4.5 7.5 ll.O 800 6.0 9.3 12.8 900 7.5 11.0 16.0 1.000 9.5 12.8 J. 100 11.5 16.0 1.200 13.8 1.300 16.5 Tabla 10.2 Cálculo de la energía necesaria para la excavación. EJE'IPLO DE ROCA DE 600 kp/ cm 2 Y 30 % DEL SiO 3: -+ ENERG IA NECESARIA PARA LA EXCAVACION 6.0 Kwh/ m 3 Consumo de picas. Consumo de picas. Consumo de picas. Energía necesaria. Kwh/m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 SiO3 < 30% SiO3 ""' 30% Picas/m3 Picas/m3 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 0.05 0.04 0.07 0.05 0.09 0.06 O.JI 0.08 0.13 0.09 0.14 0.11 0.17 0.12 0.19 0.13 0.21 0.14 0.24 0.15 0.26 0.17 0.28 0.19 0.31 0.21 0.33 Tabla 10.3 Cálculo del consumo de picas. EJE:VIPLO DE ROCA DE 600 kp/ cm 2 Y 30 % DEL SiO3 ENERG IA :'-IECESARIA PARA LA EXCAVACION: 6.0 Kwh/ m 3: - CONSU:VIO DE PICAS: 0.11 Picas/ m 3 10.3 TIPOS DE ZANJADORAS. Según sus características funcionales se pueden dividir atendiento al: * Tren de rodaje: - Ruedas - Cadenas SiO3 > 30% Picas/m3 0.03 0.05 0.08 0.10 0.13 0.17 0.20 0.23 0.26 0.28 0.32 0.36 0.39 0.43 0.47 0.51 ( ( ( ( ( ( ( ( < ( ( ( ( (
- 244. r .. 10.5 * Equipo de trabajo: - Brazo inclinablc - Disco con picas - Rueda excavadora 10.4 ZANJADORAS DE BRAZO INCUNABLE. Consiste en una sene de cangilones o cuchillas montados sobre cadenas que excavan en la dirección del eje de avance de la máquina y vierten la tierra sobre una cinta transportadora dispuesta transversalmente a la máquina. / '_ / ,., ,,, ,,:: .- ;~1~)~~:::::l ~ o ·::. .•. .'· . 55° -- __,_______ ~ 2.~ V:V, ...---------i .. L o_ ... V=O ~ Fig. 10.2 Zanjadora de brazo inclinablc. 1) Cinta transportadora. 2) Cordón de excavación. 3) Nivelador de fondo. El equipo de trabajo está constituido por: lfAll.. 1/Sm. • Brazo de cangilones: el levantamiento del brazo se consigue mediante 2 cilindros hidráulicos colocados a cada lado de aquel, lo mismo que la fuerza de penetración contra el suelo para poder excavar. Los cangilones tienen unos elementos cortantes atornillados y recambiables que son de varias clases según sea la naturalez.a o el estado en que se encuentre el terreno: - Cuchillas: de rápida extracción, terrenos no rocosos. - Dientes cónicos (picas): para terrenos rocosos. - Dientes cuadrados: endurecidas al carbono, para terrenos congelados. • Nivelador de fondo (Crumber): Con él se consiguen zanjas de fondo limpio. Lleva una zapata en su estructura que impide a la máquina excavar a más profundidad de la requerida.
- 245. 10.6 Para facilitar el comienzo del zanjeo este nivelador se repliega mediante los cilindros hidráulicos correspondientes. El transportador de descarga está situado transversalmente al eje longitudinal de la máquina y con despla7.amicnto a derecha e izquierda, siendo su altura de descarga regulable. La forma de trabajo es la siguiente: 1º) La máquina empie7.a excavando sin moverse; el brazo de cangilones o dientes desciende progresivamente hasta la profundidad deseada. 22) Avanza y se mantiene a la velocidad máxima compatible con la naturaleza del terreno. La velocidad de los cangilones o cuchillas está regulada eventualmente de la misma manera. La tierra excavada se deposita en cordón lateral, o se carga en los aparatos de transporte, que se sitúan debajo del extremo de salida del transportador y marchan a la misma velocidad que la zanjadora, hasta que se llena su caja. La inclinación del brazo respecto a la horizontal no sobrepasa los 55º. Existen modelos, en los cuales hay un carrete posterior que deposita una tubería flexible de plástico para drenaje, e incluso el transportador de descarga rellena la zanja según avanza la máquina, o carga un camión al que empuja mediante una lanza. 10.5 CORTADORAS DE DISCO CON PICAS. El equipo de trabajo es un disco de gran diámetro, unos 2 metros, y 25 mm. de espesor, que lleva en su periferia unos segmentos cambiables con cortadores en forma de picas. 0---1---- E----1 Fig. 10.3 Cortadora de disco. ROCK SAW Mod. RS K, Max. profundidad de corte 1.21cm. M, Ancho de corte 11 a 13 cm. ( ( ( r '( ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ( (
- 246. r 10.7 La fuerza de penetración del disco sobre el suelo se consigue mecliante la acción de unos cilindros hidráulicos que toman como reacción el elevado peso de la máquina (hasta 9 Tn) La cortadora de disco con picas tiene las siguientes aplicaciones: • Corte de roca y terrenos congelados. • Corte de pavimentos de hormigón, juntas de expansión, tendido de cables, ele. • Corte perfilado de zanjas en calles: - Los límites de la zanja se cortan con el disco quedando perfectamente delimitados. - Con el material excavado se rellena la junta cortada para no enlorpecer el tráfico hasta la llegada de la retro que abra la zanja para un tenclido de tubería,etc. - Se abre la zanja entre los cortes efectuados anteriormente. - Se reconstruye el pavimento quedando unas juntas en la superficie perfectamente acabadas. Este corte se hace normalmente, en pequeñas longitudes, con sierras de disco empujadas a mano o autopropulsadas, que son las más utilizadas para cortar juntas en pavimentos de hormigón. Fig. 10.4 Cortadora de disco cortando losas de hormigón en una autopista. • Reparación de partes dañadas en carreteras o autopistas: se procede de la misma forma perfilando con el disco el contorno de la losa a reparar. • Pavimentos de puentes: cortando hormigón y armaduras. 10.6 ZANJADORAS DE RUEDA. El equipo de trabajo está formado por una rueda con cangilones dotados de dientes cónicos (picas). El ancho de la zanja viene definido por el tamaño del cangilón, aunque los dientes dan un sobreancho que en definitiva es el que marca el interior de la zanja.
- 247. 10.8 Forma de trabajo: al comenzar el giro de la rueda, comienza la excavación; los materiales extraídos por los cangilones son elevados por éstos a la parte superior de la rueda y vertidos sobre la cinta transportadora transversal que puede depositarlos a uno de los lados de la zanja o en las cajas de los vehículos de transporte. En la parte delantera de la rueda lleva el apoyo guía que descansa sobre el fondo de la zanja y sirve para perfilar las paredes y el fondo, y arrastrar los materiales finos hacia los cangilones. Tiene más velocidad de excavación que la de brazo inclinable, pero tiene el inconveniente de que necesita grandes radios en las curvas. Polip.,Jlo d~ r,guf,r:ión dt 11 IHO{undid,d d~ 1t1qu~ Poliputo d• tkHct6n d• /os ,0,,0,1.. Cint, ,,,,,,,,otl.•dor• pu, /os Hcomb,01 Pór/ica ser1• EmplH1m;rnlo dtl rodUlo mol.or S:90 • 7,00,, P6rlico ,orl•. Cint• d• ,,,,cu•ción ,.,ff',Id• /os HCOf'Hbt°OJ 11'/STA FRONTAl. Fig. 10.5 Zanjadora de rueda. Ancho zanjas desde 45 a 162 cm. Máxima profundidad 3 m. 10.7 COMPARACIÓN ENTRE ZANJADORAS Y RETRO. Las retroexcavadoras están limitadas a terrenos de cierta excavabilidad (ver Cap. 4). Las zanjadoras pueden actuar en cualquier terreno, incluso en roca. La excavación por medio de estas unidades presenta unas características propias: el material queda finamente dividido, lo cual facilita la operación de su movimiento y contribuye a una mayor eficacia y rendimiento del trabajo. TAMAÑOS Medios Grandes profundidad x ancho 1,60-2,5m x 30-75cm 5,5m x 150 cm Tabla 10.4 Tipos de zanjadoras. Las velocidades de avance (ml/h) pueden variar , según el tamaño de la zanja y la clase de terreno. Por otra parte, existe la posibilidad de adaptar diversos elementos cortantes o ( ' f ( ( ( ( ( (
- 248. r r f' 10.9 cuchillas adicionales, para aumentar la anchura de las zanjas. El pescante puede descentrarse hacia cada lado, permitiendo la excavación en una posición cercana a una pared o adyacente a una fila de postes. Hay que destacar la función imprescindible que cumplen las retropalas y miniexcavadoras (retro), donde resulte necesario hacer zanjas en tierras de 40 cm. de ancho y a veces menores, con profundidades que superen el metro. Una trinchera de este tipo no se puede abrir con retroexcavadoras, ya que el cazo presentará siempre una medida superior a la precisa. Y realizar la obra manualmente a pico y pala, resulta poco económico y lento, desventajas tanto más acentuadas cuanto más larga deba ser la zanja. 10.8 ENTIBACIÓN DE ZANJAS EN TIERRA. Los colectores de aguas residuales, que se necesitan tender en barrios de promociones del IPPV, o a la entrada en nuevas depuradoras, necesitan ir a profundidades variables entre 4 y 8m., necesitándose hacer las zanjas correspondientes. Si éstas son en roca no hay peligro de desprendimientos, pero si son en tierra sí lo hay y los corrimientos no pueden preveerse y pueden ocasionar accidentes mortales, cuestión desgraciadamente no infrecuente. Los departamentos de Seguridad de Trabajo de las Empresas constructoras se preocupan por este tema, pero en la práctica al no haber una legislación que exija la entibación de las zanjas a partir de cierta profundidad, ésto qued? a !a decisión del Jefe de Obra, a veces supeditada a un conocimiento del estado actual de la ténica en entibaciones metálicas o a la cuestión del mayor gasto que representa. Una solución es dejar unos taludes naturales con el correspondiente aumento de excavación y posterior relleno o colocar unas entibaciones justo en el ancho mínimo para colocar las tuberías. Las figuras 10.6 y 10.7 ilustran las diferencias, habiendo una economía en movimiento de tierras y ciclos de máquinas de aproximadamente el 50%. 11 11 ~, ~~ (O) Fig. 10.6 Excavación con taludes. Fig. 10.7 Excavación con blindaje. La entibación de madera presenta problemas de espacio en las zanjas, ya que la madera es más voluminosa a igualdad de resistencia que la chapa de acero y, por otra parte, la entibación de madera es difícilmente recuperable y resulta cara, requiere además buenos encofradores o carpinteros, hoy profesión escasa; por ello se imponen las soluciones de acero.
- 249. 10.10 10.9 PROCESO MECANIZADO DE ENTIBACIONES. Se utilizan cajones metálicos (trench box) que se colocan unos encima de los otros, formando torres que se pueden colocar en el terreno despues de la excavación, para permitir la entrada de los obreros, en caso de terrenos estables, o se hincan al mismo tiempo que se excava (terrenos inestables). 10.9.1 TERRENOS ESTABLES. La figura 10.8 muestra las operaciones en el caso de terrenos estables. La torre consta de varios pisos según profundidad de la zanja y altura de los elementos de cajones, que se van metiendo dentro de la zanja, ya en sitio protegido por los blindajes o se montan en el exterior y se coloca la torre completa. Normalmente se utili7.a una grúa para las operaciones de elevación, y la excavadora realiza las operaciones de excavación, o la excavadora, con un gancho soldado al cazo, hace alternativamente las funciones de grúa. 1. Después de excavado se baja el cajón de blindaje para instalación de tuberías. 2. Se excava fuera del cajón para el próximo tubo. Fig. 10.8 Terrenos estables. 10.9.2 TERRENOS INESTABLES. 3. Se tira del cajón hacia adelante y se rellena la zanja. Se simultanea la excavación y la colocación del primer piso de la torre de blindaje. ' ' ( ( ( ( < ( ( ( ( ( ( ( (
- 250. 10.11 Se golpea el cajón hasta que está hincado en su altura (ej.lm.) y se continúa la excavación colocando otro piso de la torre encima del anterior, y así se prosigue hasta llegar a la profundidad deseada. Las alturas de cada piso dependerán del sistema de blindajes. El sistema de las figuras 10.8 y 10.9 es de grandes cajones o cajones gigantes. G) ,¡,w.• .- I :. : l . Se coloca el cajón en la línea y se excava en su interior. 4. Se cajón 45º. tira del aprox. a 2 . Se golpea el cajón para hincarlo en su altura . 5 . Se continua e x e a v a n d o , golpeando el cajón para colocar la próxima longitud de tubo . Fig. 10.9 Terrenos inestables. 10.9.3 ANCHO DE BLINDAJES. ® 3 . cuando el alcanza el se coloca tubería . cajón fondo la se continúa el proceso llenando con tierra el tramo anterior. Lo que marca la pauta en zanjas es el diámetro D de las tuberías y a partir de éste van partiendo las demás medidas. Para trabajar, colocando las tuberías, se necesita un ancho interior del blindaje de D + 30cm. y conociendo el tipo de blindaje y sus espesores se tiene el ancho exterior del mismo. Si el terreno es estable y se puede excavar primero y colocar despues el blindaje, el ancho de la zanja debe ser como mínimo 10 cm. mayor que el exterior del blindaje. Si es inestable y se coloca el blindaje y después se excava en su interior, el ancho exterior del cazo debe ser 30 cm. más pequeño que el interior del blindaje.
- 251. 10.12 1. "º" 15 15 Fig. 10.10 Interiores de blindaje. 10.10 SISTEMA DE BLINDAJES POR PANELES. Los paneles se apilan a un costado de la zanja y se forman módulos arriostrando los paneles con dos codales o tornapuntas, y se forma así un módulo; se colocan unos sobre otros en dicho costado formando una torre y después de atornillarlos, con la grúa se coge la torre y se introduce en la zanja si el terreno es estable. Si es inestable se van metiendo módulos y se forma la torre dentro de la zanja, trabajando los obreros ya protegidos dentro del blindaje. Fig. 10.12 Formación de una torre con varios módulos. Fig. 10.11 Formación de un módulo de blindaje con 2 paneles y 2 tornapuntas. Fig. 10.13 Zanja entibada. 10.11 SISTEMA DE PANELES CON TABLESTACAS LIGERAS. En este sistema se forma un marco en la parte superior de la zanja, constituido por unos paneles que tienen una cámara interior por la que se introducen unas tablestacas ligeras, que se hincan en el suelo y se empotran en el fondo de la zanja. ( ( ( ( ( ( (
- 252. r r r- 10.13 hincan en el suelo y se empotran en el fondo de la zanja. Instalar el panel con cámara en la excavación previa y ajustarlo por husillo al ancho de la zanja. :;,_, <, ·, ., • Introducir las tablestacas y descenderlas por presión, vibración ó hincado. Entibación con cámara terminada, tablestacas apoyadas sobre paneles y en el suelo de la zanja. t t Extracción después del rellenado y compactación; extracción por equipos de vibración. Fig. 10.14 Blindaje de zanjas por paneles con cámara y tablcstacas ligeras. El procc<limiGnto dG hinca v1:1ría según la naturaleza del sucio, siendo por presión (golpes, caso de sucios cohesivos) o por vibración (suelos granulares). Elornm 15 _ ---..J.2!~ - -.... Fuerza centrifuga kN Momento estático Nm Energla eléctrica !Eloram15 0-150 MS-SH,----~ '= "- - -, E•cr1111,1z. c AJ 61 380V 50 Hz 63A 30-60 kVA MS-SH Fuerza centrífuga kN Momento estático Nm Compresión- Tracción kN Poso kg Alimentación hidréulica 210 58 40 830 350 bar 120-1601/min Potencia de le excavadora 100 kVA ~ I Fig. 10.15 Vibradores de tablestacas ligeras. Estas tablestacas ligeras no form1:1n cerrojo entre sí como las normales tipo Larsen, por lo que no pueden constituir recintos estancos. Si el nivel freático es superior al fondo de la zanja se recurre al sistema de Wellpoint, colocando una serie de tubos perforndos hincados a ambos lados de la zanja y conectados con una tubería ligera, de chapa galbanizada y acoplamientos rápidos, a una bomba de vacío que succiona el agua rebajando el nivel.
- 253. 10.14 TABLES- Momento flcctor Medidas Peso max. admisible TACAS mm kg/m kNm/m St KE 300 KRUPP ~ 17 7,7 KD 11 5.5 l-33o-l }5 KRUPP 23,3 17 KD III S KRUPP 50 50 KDVI Fig. 10.16 Tipos de lablcstacas ligeras. 10.12 COMPACTACIÓN DE ZANJAS. Después de que la zanja ha sido rellenada necesita ser compactada. Si el material es granular, es adecuada la vibración y pueden usarse planchas vibrantes con inversión de marcha, ya que no es fácil el giro de las planchas. ~ 1 ~ // ;>fftT B / A - Fig. 10.17 Compactación de zanjas: Rodillo de zanjas (A) y plancha vibrante (B), de control remoto. Plancha vibrante accionada hidráulicamente con retro (C). Pisón (D). Debido a que muchas veces el relleno es material con contenido arcilloso se utilizan pisones y rodillos vibratorios con segmentos o tacos en la superficie. ' ' ( ( ( ' '( ( ( ( ( ( (
- 254. 10.15 En zanjas profundas, sitios estrechos, trasdós de encofrados de muros, etc., estas máquinas, por motivos de seguridad, pueden ser dirigidas por control remoto de rayos infrarrojos desde la superficie (Fig. 10.7). 10.13 COLOCACIÓN DE TUBERÍAS Y CONDUCCIONES SIN ZANJAS A veces la apertura de zanjas en ciudades, para colocación de tuberías y líneas de servicios, plantea problemas serios de corte de tráfico en las calles , molestias y peligros a transeúntes por las zanjas abiertas, asientos en edificios colindantes, o incluso problemas técnicos por la apertura de trincheras de grandes dimensiones, cruce de carreteras y ferrocarriles , ríos, reposición de firmes. Todo ésto se evita con distintos sistemas que constituyen la "Trenchless technology" o "No dig", cuya ejecución requiere maquinaria y empresas subcontratistas muy especializadas, además la tubería debe ser de alta calidad, por los esfuerzos a que está sometida. La elección depende del tipo de terreno, longitud y diámetro de las conducciones. Los sistemas son los siguientes: -Perforación dirigida desde superficie -Perforación mediante hélice continua desde foso -Perforación con martillo de fondo -Microtuneladora 10.13.1 Perforación dirigida desde superficie Es la más interesante, por utilizarse en los pasos de calles en las conducciones de gas en ciudades, tema muy actual, y que ha sido desarrollado en U.S.A. por el Gas Research Institute, aunque también se utiliza en otros servicios (teléfono, electricidad, TV, etc.) Consiste en una máquina autopropulsada sobre cadenas, colocada en superficie, fig. 10.18 que introduce en el terreno, mediante perforación, una serie de barras huecas de 3 a 5 m. de longitud cada una, que se van empalmando sucesivamente y que transmiten la rotación a una cabeza perforadora que tiene una forma de bisel. Fig. 10.18 Perforación dirigida, salvando obstáculos de servicios (1) Máquina en superficie (2) tren de varillaje (3) cabeza perforadora (4) operario con localizador y detector de otras conducciones
- 255. 10.16 La perforación se consigue mediante un sistema de avance por empuje y una rotación y se favorece la introducción en el terreno mediante una inyección potente de agua. El cambio de dirección se consigue parando la rotación, y colocando el bisel de la cabeza en la posición adecuada para que con el empuje, el taladro ascienda, descienda, o se mantenga en horizontal, volviendo posteriormente a la rotación y empuje. Las barras huecas se adoptan a las curva de la trayectoria ya que constituyen un varillaje flexible. Un sensor electrónico colocado en la cabeza perforadora emite señales de radio a un aparato localizador, transportado por un operario que se mueve en la vertical, el cual conoce así en todo momento, dónde se encuentra la cabeza perforadora, profundidad y dirección, transmitiendo por radio dichas señales al operador de la máquina. Previamente se ha efectuado un barrido de la zona y se conoce donde están los obstáculos de las líneas de servicios que hay que salvar, cuyas profundidades están reflejadas en la pantalla del localizador. Cuando la cabeza encuentra un obstáculo, emite una señal y el operador retrocede y cambia la dirección de navegación. La profundidad máxima es 15 m, que es lo que permite la transmisión de señales desde el localizador a la superficie. El proceso de trabajo es el siguiente: l. Apertura de un foso de entrada de reducidas dimensiones 1 x 1 x 1 m, y otro de salida o una cala, o una pequeña rampa de introducción, realizados con un martillo hidráulico o neumático. 2. Ejecución de un taladro piloto de pequeño diámetro 4-6 cm hasta la salida o final de recorrido. 3. En el pozo de salida se desconecta la cabeza de perforación y se monta un escariador o ensanchador de un diámetro 20% mayor que el de la tubería a colocar, la cual se acopla al escariador. La máquina tira en sentido contrario, el escariador ensancha la conducción, y va arrastrando la tubería. Se inyecta agua a presión, o bentonita a través del escariador para facilitar la operación, enfriar la cabeza y consolidar las paredes . Según el tipo de terreno y diámetro puede ser necesario ejecutar varias pasadas con distintos diámetros de ensanchadores hasta llegar al definitivo para acoplar la tubería. Cuando existe peligro de desprendimiento de las paredes del taladro, se recurre a inyecciones de bentonita. Si la tubería es de drenaje, no se puede utilizar la bentonita que colmataría los orificios, empleándose polímeros biodegradables, y además el esfuerzo de tiro está limitado por la menor resistencia de esta tubería. Al final de la obra se obtiene un gráfico con las cotas dadas por el sensor que señalan por consiguiente las líneas de servicios transversales. Con este sistema se consiguen elevados rendimientos, hasta 100 m/día en tubería de <!>200 cm, con 2 operarios. ( '' ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 256. 10.17 10.3.1 Perforación mediante hélice continua desde foso Se utiliza para colocación de tuberías de acero de <j>250 a 600 mm. , hasta una longitud máxima de 60 m. Se construye un foso de entrada y otro de salida, fig. 10. 19 !: Fig. 10.19 Perforación mediante hélice continua En el foso de ataque se sitúa un primer tubo en un bastidor metálico deslizante sobre carriles. En el interior del tubo está una hélice, con su cabeza de ataque, adecuada al tipo de terreno. Un cilindro hidráulico empuja el tubo con su hélice y un motor hidráulico produce la rotación de la hélice que perfora el material y lo extrae. Cuando se ha introducido el primer tubo, retrocede el cilindro hidráulico y se empalma un segundo tubo en su hélice y así sucesivamente hasta llegar al foso de recepción. 10.13.3 Perforación con martillo de fondo (topo) Un martillo de fondo de accionamiento neumático Fig. 10.20 realiza un taladro horizontal, desde un foso de salida o sin él. t~'"9, 'fi&t ¡ . dbt~~ --~====º=º==-- · ==:=-=--- 1; D e1 {) . ~ ~ , o ' / ;< . ,. :it: ,. Fig. 10.20 Perforación con martillo de fondo neumático topo (1)
- 257. 10.18 Efectúa perforaciones hasta 150 mm y como no va dirigido puede torcerse, estando limitado a unos 15-20 m de longitud. El topo arrastra un cable y concluida la perforación, se le engancha, en el foso de salida la tubería al colocar, y se tira del cable desde otro extremo. Se utiliza en terrenos consolidados, y no es adecuado en arenas, por el peligro de desprendimiento de las paredes. 10.13.4 Microtuneladora Se utiliza para la hinca de tubería de hormigón armado hasta 1200 mm, con camisa de chapa, soldada en cada junta. Se construye un pozo, y un sistema de cilindros hidráulicos empuja un anillo metálico de ataque, detrás del cual se coloca un primer tramo de tubería, fig. 10.21 Fig. 10. 21 Hinca de tubería con microtuneladora El anillo metálico puede tener una corona rotativa o un brazo rozador, según el tipo de terreno. El material excavado cae a una cinta transportadora, que descarga a una vagoneta la cual es izada desde un pórtico con cabrestante o grúa en la superficie. Después de avanzada la longitud correspondiente a un tubo, retroceden los cilindros y se procede a la colocación del siguiente tubo que es bajado al pozo por el pórtico o grúa. Para disminuir el rozamiento de la tubería con el terreno y por consiguiente la fuerza de empuje de los cilindros, se inyecta bentonita en el exterior de los tubos, fig. 10.22. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 258. r 10.19 Fig. 10.22 Hinca de tubos con microtuneladora y bentonita 10.14 CASOS PRÁCTICOS C.P. 10.1 Zanjadora Vermeer MOD T-600D, sobre cadenas (Fig. 10.1). Peso 8,5 t, 85 kw. Recopilación de diversos trabajos realizados por máquinas de este modelo. DUREZA DEL TERRENO EN ESCALA PRODUCCION m3/h "MOHS" Tierra natural 150 0-1 120 1-2 85 2-3 45 3-4 23 4 - 4 1/2 1.3 Más de 4 1/2 ¿-?
- 259. 10.20 Rendimientos en terrenos prácticamente compactos. Según se vaya presentando estratificación, fragmentación, envejecimiento, etc., aumenta el número de m3 excavados por la máquina en proporciones difícilmente evaluables. C.P. 10.2 Zanjadora Case MOD. 860T (Fig. 10.22) Peso 8 t., 62 Kw. Fig. 10.22 Zanjadora CASE 860 Tm, peso 8 t., pot. 62 kw Obra: variante de Arganda (autovía de Levante) Trabajo: Apertura de zanja de 60 cm. de profundidad y 40 cm. de ancho, en 14 Km. para tubos y cables de servicio S.O.S., telefonía Producción. 2500-3000 m/día ( ( ( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 260. 11.1 CAPITULO 11. ACARREO. CAMIONES Y DUMPERES. 11.1 MEDIOS DE ACARREO. En movimiento de tierras los vehículos que se utiliz.an para el acarreo, después de la fase de carga realizada por cargadoras y excavadoras, son los siguientes: a) Camiones basculantes. b) Semiremolques basculantes o bañeras. c) Camiones- Dumper. d) Dumperes extraviales. d.1) Rígidos. d.2) Articulados. 11.2 CAMIONES BASCULANTES. Son utiliz.ados por los alquiladores locales y rara vez pertenecen al parque del contratista. Respetan el gálibo de carreteras, ancho 2,50 m. y altura máxima 4 m., así como las cargas máximas por eje admitidas por Tráfico, que son; 13 t. eje simple, 20 t. eje doble, y 26 t. eje triple con distancias entre ejes homologadas. Normalmente son de tres ejes, eje simple delantero y doble trasero, que es el de tracción. Pueden tener caja basculante con visera por encima de la cabina para proteger a esta de impactos durante la carga. Llevan exteriormente en la cabina una placa con la tara incluído el basculante y el P.M.A. (peso máximo autorizado), que se corresponde en la terminología inglesa con el Gross Weight (peso bruto), y la carga a transportar es la diferencia. Los más frecuentes en ciudades son de dos ejes, tara de 9,5 t. y P.M.A. de 20 t., por consiguiente la carga máxima es de 10 t., y su caja es de unos 8 m3• La caja basculante puede ser reforzada, pero el chásis del camión es normal, aunque con algunas mejoras en ballestas. Es preferible que estas cajas tengan la mayor altura posible de descarga, porque así perjudican menos a las extendedoras cuando descargan en la tolva de las mismas, o descargan cordones, sobre el perfil de carretera, que pueden tener entonces mayor altura.
- 261. 11.2 Como estos camiones se eligen fundamentalmente porque pueden circular por carreteras, tienen que respetar el P.M.A. que figura en su tarjeta de tráfico. Ventajas. - Facilidad de alquilar o subconlratar. - Poca tara, pueden transportar grandes cargas por carreteras generales. - Mayores velocidades máximas en buenas carreteras. Inconvenientes. - Ruedas pequeñas y bastidor de una sola pieza, no apto para terreno malo. - Fuera de la carretera, cargas fuertes, o pistas en mal estado, aumentan los costes de reparación. No es mecánica proyectada para fuera de la carretera. - Velocidad lenta en carreteras en mal estado. - Mayortes radios de giro que los dumpers y maniobran peor en carga y decarga. 11.3 SEMIREMOLQUES BASCULANTES. En el argot de las obras se llaman corrientemente bañeras, porque la caja es muy alargada y tiene gran capacidad, 18 m3• RUEDA I KING PIN Fig. 11.1 Cabe7..a tractora de 2 ejes y bañera de 2 ejes. Están formados por una cabeza tractora (250-270 HP) que puede tener eje doble trasero ( ( ' ( ( '( ( ( ( ( ( { ( ( ( ( (_
- 262. 11.3 o sencillo. El semiremolque basculante apoya mediante un pivote (King pin) sobre una placa rótula (llamada 5ª rueda) colocada en la cabeza tractora. El semiremolque tiene dos o tres ejes traseros y el vehículo completo puede tener entonces 4 o 5 ejes. La descomposición de pesos puede ser la siguiente: TARA (t.) PMA. (t.) CARGA (t.) CARGA/PMA TARA/CARGA TARA/PMA CABEZA TRACTORA 7 SEMIREMOLQUE 7 TOTAL VEHICULO camión articulado 14 38 24 63 % 60 % 36 % Tabla 11.1 Aplicaciones típicas. Acarreo de áridos y aglomerado asfáltico por carretera. En pistas interiores de la obra llevan fácilmente más sobrecarga, debido al gran volumen de la caja, 20 m3 contra 13,5 m3 de un dumper de tres ejes. Con copete, en el interior de la obra, puede llegar a 22-24 m3• Inconvenientes. Las bañeras son lentas en bascular y en maniobras. Sólo pueden ir sobre firmes de carreteras (transportando gravas, aglomerado), no sobre caminos sin afirmar, porque sólo tiene tracción la cabeza tractora y la mayor parte del peso está atrás, en los ejes del semiremolque. Tiene tendencia a patinar y además inestabilidad produciéndose muchos vuelcos si hay peraltes en las curvas. 11.4 CAMIONES DUMPER. Son unos camiones muy reforzados y robustos de mayor tara que los basculantes normales y más apropiados para circular por pistas interiores de obra en mal estado. Tienen tres ejes, los dos traseros son de tracción y el delantero de dirección puede ser también de tracción, lo cual es preferible.
- 263. 11.4 Tienen el gálibo de carretera, y cuando el eje delantero es de tracción puede desconectarse el diferencial delantero para disminuir el consumo. La tara oscila según marcas de 13,7-16 t. y el PMA es de 26 t., luego la carga puede ser de 11-13 l., pero dentro de la obra llevan fácilmente una carga muy superior, entre 18-28 t. La caja normal es de 13,5 m3, pero con realces (remontacl1:1) llega a los 16 m3, unas 28 t., con lo que el peso total en el interior de la obra puede llegar a unas 45 t. Fig. 11.2 Camión Dumper de 3 ejes, ruedas gemelas, PMA 26 t. 11.5 DUMPERES EXTRAVIALES (OF ROAD). 11_5.1 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES_ - Es un basculante con unas características especiales de cargas por eje y gábilo que no le permiten circular por carreteras. - Su peso propio es del orden de 3 a 4 veces superior al de un camión normal, relación tara/carga equivalente a 0,75 mientras en un camión es de 0,5. - Tiene dos ejes, uno delantero de dirección y otro posterior de tracción con ruedas gemelas (dumpers rígidos). f ( f ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 264. ' r 1 3 940 11.5 ( ,, ,· ) ,,, , ; < -- < 490 5s•'- 7 545 .1 3 810 3 530 Fig. 11.3 Dumper extravial de chásis rígido de 26 m3 y carga útil 40 t. - Todos los elementos de un dumper están dotados de una gran robustez, sobre todo en los elementos de suspensión, eje y bastidor ya que circulan por pistas mal construidas. - Los amortiguadores desempeñan un papel fundamental en la estabilidad de los dumpers, ya que además del gran peso que tienen normalmente, se le exigen grandes velocidades por pistas en las que en muchas ocasiones no entraría un camión normal, ni siquiera en vacío. - En cuanto a su velocidad de desplazamiento son capaces de alcanzar los 50 ó 60 Km/h. en pistas cuidadas por lo que necesitan motores de gran potencia. - A pesar de alcanzar estas velocidades, la absorción de los golpes producidos al rodar es tal, que el confort alcanzado en la conducción de estas máquinas es realmente extraordinario. - Están dotados de un gran par en los mandos finales que se consigue por medio de un alto número de reducciones a lo largo de todo el tren de potencia mediante la caja de cambios y el convertidor de par, que hacen posible la marcha por terrenos que exigen la variación continua del par transmitido a las ruedas. Motor 3512 Control electrónico de la transmisión Convertidor de par Mandos finales Servotransmisión planetaria Fig. 11.4 Transmisión Standard. FUENTE CAT
- 265. 11.6 - La dirección totalmente hidráulica permite maniobrar con el mínimo esfuerzo para el conductor, logrando así fácilmente radios de giro mínimos. Por ello, pueden maniobrar en espacios reducidos. Capacidad de carga: - Hay que establecer una separación en las capacidades necesarias para Obras Civiles y las de Minería a Cielo Abierto. Este límite podría situarse en las 75 t. de carga útil (pay load) para Obras Civiles, llegando hasta 250 t. en Minería. Caja: - Existen tres capacidades de caja: ·Standard (el ras): SAE, máxima densidad 2085 Kg/m 3• ·Colmada 1:1 ·Colmada 2:1, máxima densidad 1660 Kg/m 3• Esta última es la que debe considerarse para el acarreo y estudios comparativos de cargadora-dumper. - Es UD elemento de gran robustez, ya que durante la carga (sobre todo si se trata de materiales procedentes de voladuras, con grandes tamaños y pesos) se producen fuertes impactos. - Está construída con aceros especiales de alto límite elástico y reforzada mediante nervios transversales y huecos por donde circulan los gases de escape, produciendo el calentemiento de la caja y facilitando así el despegue de materiales húmedos en el vaciado. - El fondo de la caja suele tener forma de V, de manera que el centro de gravedad quede lo más bajo posible con el fin de aumentar la estabilidad durante el acarreo. ~ : - El dumper rígido dispone de unas ruedas de gran diámetro y anchura. Además sus neumáticos disponen de un dibujo profundo y muy marcado que les dan gran adherencia. - El límite de utilización de los neumáticos se define en toneladas kilómetro por hora y la vida estimada de los neumáticos es unas 3.000 horas. - El precio de adquisición no incluye neumáticos. Debido a que el desgaste de los neumáticos debe ser siempre anotado como un coste especial, se resta su precio del de adquisición de la máquina; anotándose el precio de UD juego de neumáticos en un apartado distinto. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 266. r ,.. f 3 570 11.7 11.5.2 DUMPERES ARTICULADOS. COMPARACION CON RIGIDOS. Los durnperes articulados tienen capacidades de 22-36 t, de 2 ó 3 ejes, tracción trasera o total (3 ejes); a los de tracción total se les llama dumperes todo terreno. Ruedas delanteras no direccionales, giro por la articuJación. Presentan ventajas según sea la utilización. 1 ~ 2530 _..j 1 f - - 3210 ----j ..,---------.¡ ----· / 1 // / / ' 6 300 & 1----- - - -5560 2 940 i-------..!..-----'-- 10085 '' ' 1 '' Fig. 11.5 Dumper articulado de 3 ejes de 22 rn3 y carga útil 36,5 t. DISTRIBUCION CARGADO GIROS MAS RIGIDO ARTICULADO ~ H'< H, MAS CICLOS L'> L MAYOR ESTABILIDAD Fig. 11.6 Comparación entre dumpers rígidos y articulados.
- 267. 11.8 MOVIMIENTO DE TIERRAS CARGA TARA VOLUMEN MODELOS (l) (l) COLMADO CAT EUCL. KOM. TEREX 35 31 22 m3 769 e R 32 325 3305 50 - 60 40 34 - 40 m3 773 R 60 465 3308 80 61 54 m3 Grandes proyectos de Obras Públicas TENDENCIAS; - Movimiento de tierras: 50 - 60 t. - Canteras: 50-60t. - Minería: > 60 t. Tabla 11.2 Dumperes rígidos. Carterpillar, Euclid, Komatsu, Terex. MOVIMIENTO DE TIERRAS CARGA TARA VOLUMEN MODELOS (t) (t) COLMADO VOLVO CAT TEREX 22,5 19 13,5 m3 A25 025 2766B 27 21 16 m3 A30 D300 3066 32 25 19 m3 A35 D350 --- Tendencias: 22,5 t. por tener gálibo de carreteras y luego se pasa al de 32 t. Tabla 11.3 Dumpercs articulados. La Tabla 11.4 y la Figura 11.6 resumen los puntos más importantes de comparación. 1 RIGIDO ARTICULADO Tracción Al eje trasero Atodos los ejes Sitios fangosos, lluvias y Mal Sale incluso hundido hasta terreno blando la mitad de las ruedas Distribución de pesos Peor Más compensado Consumo de gasoil Mayor Menor Maniobrabilidad Peor Mejor Relación potencia/carga Mayor Menor ' ( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( ( ( ( ( l l
- 268. ,. 11.9 RIGIOO ARTICULAOO Velocidades Mayores Menores Recorridos Mayores Menores Altura de carga Mayor Menor Equipos de carga necesarios Mayores alturas Menores alturas Estado de pistas Bueno, requiere mantenimiento Indiferente por motoniveladora Seguridad marcha atrás Mala, por excesiva presión del Buena en vertedero eje trasero Carga voladura en canteras Muy apto, para grandes impactos Mal Tara/carga Mayor Menor Tabla 11.4 Comparación entre dumper rígido y articulado. - Un inconveniente en los dumperes rígidos es que no pueden transitar sobre las capas granulares del firme, sus cargas son demasiado elevadas y producen asientos, siendo sólamente aptos para caminos de obra. 11.5.3 RAZONES DE UTILIZACION. Donde se exige una gran producción. Mayor disponibilidad y bajo coste por m3• La rentabilidad depende del número de horas de trabajo y la cantidad de material transportado. Fig. 11.7 Dumper articulado descargando en vertedero. Fuerte ángulo de basculación. Debido a su gran robustez, la durabilidad de sus componentes es mayor y menores los desgastes. Mientras que la vida útil teórica de un camión convencional es de unas 5.000 horas, la de un dumper puede llegar a 30.000. 11.5.4 CRITERIOS DE SELECCION DE DUMPER O CAMION. Es fundamental analizar: - Recorrido de acarreo, pendientes y curvas. - Distancias. - Estado del terreno y climatología durante la obra. - Material a transportar. - Producción requerida. - Equipo de carga disponible o previsible, etc.
- 269. 11.10 En resumen, se debe utiliz,ar dumperes cuando: - No circule sobre carreteras, se requiera la máxima capacidad ascensional, rápida colocación en pequeñas áreas y poco espacio de maniobra. - Hasta los 1.200 m. de distancia son utilizables a buenos costos las motolraíllas, pero a partir de esta distancia (y a cualquiera, siempre que las condiciones del material o de las pistas sean tales que imposibiliten el empleo de aquélJas) es necesario trabajar con dumpers. Para el cálculo de rendimientos se suele utilizar una distancia tope de 5.000 m. - Si los dumperes son sólo para 4 ó 5 meses no interesan, porque el transporte a obra es muy caro - Se precisa la máxima flexibilidad para transportar diversos materiales en condiciones variables de trabajo. CRITERIOS ECONOMICOS DUMPER CAMION Inversión MAYOR MENOR Envejecimiento LENTO RAPJDO Amortizacion 20.000 h. 5.000 h. Disponibilidad en condiciones duras 93 % MUCHO MENOR Distancia L - Tierras 2500 <L<5000 > 3Km - Rocas <5000 NO Reparaciones y mantenimiento 30 % 25 % Tabla 11.2 Comparación económica. 11.6 CICLO DE TRABAJO DE LA UNIDAD DE ACARREO. Será la suma de los tiempos fijos y los variables invertidos en cada ciclo de trabajo. TIEMPOS FIJOS CICLO DE TRABAJO TIEMPOS VIRIABLES Fig. 11.8 POSICION ... MIENTO EN ZON,_ DE CARGA CARGA POSICIONAMIENTO EN ZONA DE DESCARGA + DESCARGA ACARREO RETORNO ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 270. r ,.. 11.11 11.6.1 TIEMPOS FIJOS. - Maniobra de posicionamiento en la zona de carga. - Tiempo de carga: Depende del tiempo del ciclo del cazo de la pala o excavadora y del número de cargas o cazos que tiene que efectuar para llenar el vehículo de acarreo. Su producto da el tiempo total del ciclo de carga. - Tiempo de descarga: Se suele incluir en él la desaceleración del vehículo, maniobra de posicionamiento en la zona de descarga, y la aceleración de nuevo. Todo puede escilar entre 1 y 2,5 minutos. COMPARACION DE CICLOS DE CARGA MAQUINA MIN. MEDIO MAX. COMENTARIOS Excavadoras 15" 30" 40" No se desplaza Cargadoras de cadenas 20" 25" 30" Pequeños desplazamientos Cargadoras de ruedas 30" 40" 50" Mayores desplazamientos Ciclo de carga: nº de cargas X tiempo del ciclo de cada cazo Tiempos fijos de acarreo: tiempo de carga + tiempo de maniobra Tiempo de maniobras del vehículo de acarreo; - Zona de carga: 0,6 a 0,8 minutos - Zona de descarga: 1 a 1,2 minutos Tabla 11.6 Comparación de ciclos de carga. FUENTE: CAÑABATE 11.6.2 TIEMPO VARIABLE. En función de la distancia recorrida. Hay que calcular los tiempos de: * Acarreo * Retorno Para ello se necesitan conocer cuáles son las velocidades máximas posibles teniendo en cuenta las resistencias a la rodadura y las pendientes. En el Capítulo 2 se explica como se calculan estas velocidades. Los fabricantes de dumpers, en el catálogo correspondiente a cada modelo, dan un nomograma (ver Capítulo 1) que permite obtener la velocidad máxima conociendo la resistencia total.
- 271. 11.12 11.7 RELACION ENTRE EQUIPOS DE ACARREO Y CARGA. Cuando se necesita reducir el coste por m3 o t movida, es necesario sacar la más alta producción del equipo de acarreo. El tiempo de parado, como sucede mientras se carga, debe mantenerse en el mínimo con objeto de que el vehículo de acarreo esté el mayor tiempo posible realiz.ando su función, y se aproxime al caso límite que es la traílla, que carga en movimiento y es u.na máquina de movimiento continuo. Por otra parte hay que cuidar que el tiempo de carga no sea tan corto que otro vehículo no pueda situarse sin originar un tiempo de parada excesivamente largo en la unidad de carga. Ambos equipos deben elegirse de forma que las unidades de acarreo sean Uenadas con un número exacto de cazos completos de la unidad de carga, sea cargadora o excavadora. Es importante el consumo de gasoil/ro 3 movido, y para esto es mejor no sobrecargar el dumper, y se demuestra que el consumo semanal es más bajo por m3 y los dumperes tienen mayor vida (amortización) y menor gasto (reparaciones por averías). CARGADORA RUEDAS DUMPER RIGIDO H 2 de Tie1po (seg) ciclos Modelo Peso capacidad carga Vol111en o pases cada Total cuchara collado ciclo 25 t 3,8-5,7 m 3 30-35 t 19-22 m 3 4 - 5 50" 200-25011 40 t 5,7-8,5 m 3 45-60 t 26-34 m 3 4 - 5 50" 200-25011 CARGADORA RUEDAS DUMPER ARTICULADO Hin. 12 t 2,1-2,3 m 3 22,5 t 13,5 m 3 6 50" 300" 20 t 3,5-3,8 m 3 4 50" 200" Min. 15 t 2,5-2,8 m 3 32 t 19 m 3 8 - 7 50" 350-400" 20-25 t 3,5-4,5 m 3 6 - 4 50" 300-200" EXCAVADORA DOMPER ARTICULAOO Min. 23 t 1 3 m 3 1 22,5 t 13,5 m 3 10 30" 300" 30 t 1 7 m 3 I 8 30" 24011 40 t 2,5 m 3 6 30" 180" 40 t 2,5 m 3 27 t 16 m 3 6 30" 180" 50 t 3 m 3 50 t 3 m 3 32 t 19 m 3 5 30" 150" 60 t 4 m 3 Tabla 11.7 Combinación deseable entre cargadora con material suelto y retroexcavadora en arranque, y tipos de dumperes ( ( ( ( ( f ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 272. e, "' 11.lJ La Tabla 11.7 compara las retroexcavadoras y los dumpcres articulados porque en obras que van ananzando, la retro de cadenas se mete por cualquier tipo de terreno, igual que el dumper articulado, que no necesita preparación de accesos. Aunque el n2 de ciclos de la retro es mayor que el de la cargadora, como el tiempo del ciclo de la excavadora es más rápido, resulta un tiempo total similar o menor para la retroexcavadora. Cuando no se utilizan durnperes articulados, en acarreo el modelo más utifüado es el camión dumper de 13,5 m3 que carga máximo en 10 pases. Hay que tener presente que la altura de descarga del elemento de carga sea adecuada en relación a la del vehículo de acarreo. ::r A- B~ 0,3 x C si e= 3,5 m~ A- B ~ 1 m e= 2,5 m~ A- B ~ 0,75 m Fig. 11.9 Altura de descarga para excavadoras. Cargadora DC DR Pequeña y media~ H+30 cm (W/6)+50 cm Grande* H+(W/12) W/3 45° 90º Fig. 11.10 Altura de descarga para cargadoras. Fig.11.11 Elevación del cazo durante el giro de la excavadora. ·-- (10.430mm) _ ___________. . , (.· Fig. 11.12 Fig. 11.12 La cargadora de ruedas es más limitada en su altura de descarga que una excavadora, y también si las características del suelo son malas, tiene desgaste en las ruedas que puede oscilar entre 20-50% de los costes de mantenimiento, con ventajas para la excavadora de cadenas que no se desplaza.
- 273. 11.14 11.8 PRODUCCION DE LA UNIDAD DE ACARREO. La fórmula es: p = C X n11 ciclos/h X Íb = C X (60 / te) X fh siendo: - P: producción en m3/h. ó t/h. - C: capacidad de carga en m3 o t. - t0 : tiempo total del ciclo. - fb.: factor de eficiencia horaria. Se pueden considerar distintos tipos de producción: - Producción necesaria o de proyecto - Producción esperada o de cálculo - Disponibilidad = Prod. necesaria / Prod. cálculo - Reserva de disponibilidad = (Prod. necesaria - Prod. cálulo) / Prod. cálculo 11.9 FACTOR DE ACOPLAMIENTO, MF_ La adecuación del equipo de acarreo consiste en su adaptación a las condiciones requeridas de trabajo con el menor coste compatible. El acoplamiento del equipo se logra mediante el empleo del número de unidades de acarreo necesarias en cada caso, para conseguir que la espera sea mínima o nula, y que al equipo de carga le suceda lo mismo. El factor de acoplamineto o Match Factor es: MF = PRODUCCION DEL EQUIPO DE ACARREO PRODUCCION DEL EQUIPO DE CARGA Se elige el número de unidades de acarreo de forma que MF sea lo más próximo posible a l. El objetivo principal es conseguir el menor precio del m3 cargado y transportado. MF ACOPLAMIENTO EXCAVADORA ESPERA DUMPER ESPERA 1 Optimo NO NO <1 Obras civiles.Min. costo SI NO >1 Minería.Máx. producción NO SI Tabla 11.8 ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 274. ,. 11.15 11.10 CALCULO DEL NUMERO DE VEHICULOS NECESARIOS PARA QUE UNA EXCAVADORA O CARGADORA NO PARE. Es análogo a lo que se vió en el Capítulo 7 sobre tractores empujadores y traíllas. Principio: Cuando se tienen dos sitemas perfectamente sincronizados, sus frecuencias son las mismas, f1 = f2• Si: - T1 = Tiempo del ciclo del sistema 1 - T2 = Tiempo del ciclo del sistema 2 - N 1 = N2 de unidades del sistema 1 - N2 = Nº de unidades del sistema 2 como f1 f2, se verificará: Aplicando a este caso, será: N2 de ciclos / h de vehículos = Nº de ciclos / h de la cargadora 1 1 . x fil de veh. = . d x 1 T ciclo total de veh. T ciclo total carga ora fil de veh. ciclo de acarreo + ciclo de carga ciclo carga también: Elección: ciclo de acarreo + n2 de cargas x t ciclo de carga vehiculo nº de cargas x t ciclo de carga vehículo ciclo de acarreo n2 de cargas . x t ciclo de carga vehículo + 1 . por defecto Nv = rfa no entero, se puede elegir por exceso a) Por defecto - cargadora espera - ciclo de carga aumenta, menor producción, menor inversión, menor coste de unidad de obra. b) Por exceso --. vehículos esperan - ciclo de acarreo aumenta, mayor producción, mayor inversión, mayor coste de unidad de obra.
- 275. 11.16 Este cálculo también puede hacerse poniendo MF = 1 y despejando Nv. 11.11 PISTAS DE OBRA Y SU MANTENIMIENTO. Las pistas de acarreo, debido tanto a las inclemencias meteorológicas, como al constante tránsito de las unidades de acarreo, están sentenciadas a deformarse; de todas formas, dicho deterioro puede controlarse durante un buen tiempo, dependiendo del tipo de material empleado en su construcción. En cualquier caso, debe establecerse un programa de mantenimiento que garantice la seguridad, y al mismo tiempo la economía. La existencia de baches u otros obstáculos producen una deflexión en los neumáticos que desvía su dirección normal de marcha, lo que supone un incremento en el esfuerzo de conducción, al tener el conductor que compensar estas anormalidades. Además de degradarse la seguridad, el deterioro de la pista puede resultar muy costoso desde el punto de vista del mantenimiento, ya que aunque los dumperes están diseñados para admitir considerables abusos, el desgaste sobre cada componente de la unidad se incrementa significativamente cuando circula sobre una superficie en mal estado, lo que supone, en definitiva, una disminución importante en su vida útil. Los caminos de acceso, en tiempos secos, pierden humedad y por consiguiente cohesión y se desmoronan originándose baches. El polvo que se forma disminuye la vida de los motores de los camiones y traíllas. Se necesita regar continuamente con agua, o efectuar riegos superficiales de emulsión. Fig 11.13 En pistas, cisterna y motoniveladora. Cuando se riega el camin,o se efectúa en dos mitades, los vehículos cargados transitan por el lado seco, y los de retorno por el regado. Aquellas zonas, donde el aflojamiento del material de la pista (por salidas, bermas, etc.) pueda ocasionar un incremento en la resistencia a la rodadura y retardar así la velocidad media del vehículo, deben inspeccionarse periódicamente, sanearlas y compactarlas adecuadamente. La motoniveladora es el equipo más útil y universal para el mantenimiento de las pistas, nivelando salientes y roderas, rellenando baches, peraltando curvas, cuidando las aguas de desagüe (muy importante para evitar desbordamientos sobre la pista), etc. f ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( { ( ( (
- 276. 11.17 Los vehículos de acarreo van t..irando continuamente tierras, piedras, que exigen el mantenimiento de la motoniveladora. La preferencia de ésta se justifica por la ganancia de velocidades de los equipos de acarreo, camiones o mototraíllas. Después de las lluvias se requiere una preparación de caminos, se quita el barro unos centímetros con la hoja, sin que sea necesario escarificar, y según el estado se puede extender algún material adecuado, nivelar y compactar; en escasas horas se está en condiciones de volver al tráfico. Si por las pistas transitan sólo los dumperes y los caminos son duros, no tienen mucha inmportancia los baches, pero si transilan camiones de obra, por ellos no pasan. 11.12 MOTOVOLQUETES DE OBRA. Llamados también en obra dumper. Fig. 11.14 Dumperes articulados, 4 ruedas motrices. a) Descarga frontal. b) Descarga a tres lados. - Capacidad: Son de pequeño tamaño, capacidades normales de 500 - 1000 litros, carga 1000, 1500 y 2000 Kg.; la tolva está situada en la parte frontal.
- 277. 11.18 - Utilización: Para acarreo de hormigón, escombros sacos de cemento, herramientas, etc. - Tracción: Puede ser simple al eje situado debajo de la tolva, o total, a los dos ejes. - Dirección: A las ruedas traseras o articulados, en este caso giro por cilindro hidráulico, accionado por dirección hidráulica tipo Orbital. - Descarga: Por gravedad soltando una palanca, o mediante cilindro hidráulico de doble efecto. En este caso puede descargar una parte de la capacidad y volver a su posición para descargar en otro sitio. El sistema de gravedad exige descargar la totalidad. La tolva puede tener descarga frontal o ser giratoria mediante un cilindro hidráulico que acciona su giro. La altura de descarga puede ser baja o normal (aproximadamente 50 cm.), o alta (especial, 1,5 m.). 11.13 COMPARACIÓN ENTRE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE ACARREO. Se compara la carga útil con el peso en vado y con la potencia instalada para algunos modelos de máquinas de familias distintas, observándose que los ratios son bastante similares dentro de cada familia. BIJLLOOZER PALA RUEDAS TRAILLA CAMIOH BASCIJLAHTE CAT D-10 CAT 966F, 3,8 1 3 CAT 651E, 33 13 PEGASO 12.23 CARGA UTIL C 33 t 6,5 t 47 t 10 t PESO VACIO T 55 t 21 t 60 t 9,5 t POTENCIA (KW) 385 172 400 170 KW/t DE CARGA 11,5 26,5 8,5 17 PESO BRUTO C+T 88 27,5 107 20 C/(T+C) 0,35 0,23 0,43 0,5 T/(T+C) 0,64 0,76 0,56 0,5 C /T 0,54 0,30 0,78 1 T/C 1,66 3,20 1,27 1 ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 278. 11.19 CAMION ARTICULADO CAMION DUMPER DUMPER RIGIOO DUMPER ARTICULADO "BAÑERA" MERCEDES 2635 TEREX 3307 OOS F.JES, VOLVO A25 CARGA UTIL C 24 t 18 t 45 t 25 t PESO VACIO T 13,8 t 13,7 t 34 t 15 t POTENCIA (KW) 235 213 385 188 KW/t DE CARGA 10 12 8,5 7,5 PESO BRUTO C + T 38 32 79 40 C/(T+C) 0,63 0,56 0,57 0,62 T/(T+C) 0,36 0,42 0,42 0,37 C/T 1,73 1,31 1,32 1,66 T /C 0,57 0,76 0,75 0,60 Tabla 11.9 Comparación entre distintos sistemas de acarreo Las conclusiones inmediatas de este cuadro son: - El bulldozer y la cargadora tienen una relación T/C elevada, por lo que son anlieconómicos como elementos de acarreo y deben utilizarse fundamentalmente como excavación y carga. La traíl1a tiene una T/C mayor que los camiones y dumperes no compitiendo en distancias > 2 Km. - La traílla tiene una potencia similar a los dumpers, sin embargo teniendo en cuenta el esfuerzo durante la excavación, resulta un consumo práctico de 1 litro/m 3 de perfil, mientras que el dumper es de 0,65 litro/m 3 de perfil en 300-400 metros de recorrido. - Los camiones dumperes tienen una buena relación C/T en comparación con los dumperes, porque las bañeras no son aptas para movimiento de tierras en el interior de las pistas de obra. - Hay que tener presente que las cargas de camiones basculantes y camiones dumper son las correspondientes a tráfico, y menores que la realidad en el interior de las obras, por lo que la relación real de C/T mejora notablemente y los vehículos que ofrecen un buen futuro de mercado son los dumper articulados y los camiones dumper. 11.14 TRANSPORTE DE MÁQUINAS PESADAS. Se utilizan scmiremolques de plataforma baja, llamados góndolas, con varios ejes en la parte posterior, según la carga, que son arrastradas por una cabeza tractora de gran potencia.
- 279. 11.20 Las máquinas grandes como lraclores de cadenas, traillas, excavadoras, etc., suelen lener ancho superior a 2,5 m., por lo que se necesita permiso especial para su transporte (al solicitarlo hay que detallar itinerario, cargas, anchos, alluras), e ir dos coches con banderas de señalización de peligro delante y detrás. Para la carga de las máquinas, la góndola tiene unas rampas que se pliegan y quedan verticales durante el transporte, el cual se efectúa a una velocidad moderada. 8210 Fig. 11.15 Góndola de 3 ejes, obligatorio frenos ABS. 11.15 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS. EJERCICIO 11.1 En una cantera se tiene una excavadora de 8 m3 y se prevé utilizar dumperes de 50 t para transportar material de densidad 1,6 a una distancia de 4 Km. Se admiten sobrecargas hasta un 5%. El ciclo de la excavadora es de 40 segundos. La velocidad de los dumperes es en acarreo de 24 Km/h y en retorno de 48 Km/h. El cosle de la excavadora es de 640.000 ptas/día y el del dumper 160.000 ptas/día. Se consideran jornadas de 8 h., con horas de 50 minutos. No se consideran tiempos de maniobras en los dumperes, ni de descarga, para simplificar. Factor de llenado del cazo: 60 %. Calcular el número de dumperes que aconseja adquirir, justificando su informe. Solución: Hay que calcular el nQ de dumperes anterior y posterior al faclor de acoplamiento óptimo y su producción y coste de la tonelada. 111) Cálculo del tiempo de carga: Para ello se calcula previamente la capacidad del cazo en t y el nQ de cazos necesarios para cargar el dumper: ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 280. ,. ... 11.21 Capacidad cazo: V x y x f11 = 8 x 0,6 x 1,6 = 7,68 t nº de cazos: capacidad dumper / capacidad cazo = 50 / 7,68 6,5 - Con 7 cazos: - Con 6 cazos: Tanteo: 6 y 7 cazos. carga dumper = nº cazos x capacidad cazo = 7 x 7,68 Sobrecarga: 53,76 / 50 = 1,07, 7% excede. carga dumper = 6 x 7,68 = 46,08 t menor que 50 t luego hay que tomar 6 cazos. 53,76 t Como el ciclo de la excavadora es de 40 seg y tiene que realizar 6 cazos para cargar el dumper, el tiempo de carga será: tcarga = 40 X 6 240 seg 2º) Cáculo del tiempo del ciclo del dumper; lcíclo dumper = Ímaníob y descarga + tcarga + t,carreo + tretorno Ímaniobras y descarga = O Íacarreo = d / Vacarreo 4 / 24 = 600 seg tretorno d / Vretomo = 4 / 48 = 300 seg tciclo dumper = 600 + 300 + 240 = 1140 seg aplicando las fórmulas del texto Nd = td / t. = 1140 / 240 4,75 lo que da un resultado de 4 6 5 dumperes. Producción = volumen x n9- ciclos ciclo hora a) Si se consideran 4 dumperes:(los dumperes no esperan) nº ciclos / dumper = (50 x 60) / 1140 La producción por dumper: 2,63 ciclos/h p (t/h) = 2,63 X 46,08 = 121,2 t Producción total = 4 x 121,2 = 485 t/h Coste horario = (640000 + 4 x 160000) / 8h = 160.000ptas/h Coste de t: 160.000 / 485 = 329 ptas/t b) Si se consideran 5 dumperes: leido dumper = (nº dumper / IlQ excavadora) X tciclo excav. tciclo dumper = 5 X 240 = 1200 seg nº ciclos / dumper = 3000 / 1200 = 2,5 ciclos/h
- 281. 11.22 La producción por dumper: P (t/h) = 2,5 x 46,08 = 115,2 t Producción total = 5 x 115,2 = 576 t/h Coste horario = (640000 + 5 x 160000) / 8h = 180.000ptas/h Coste de l: 180.000 / 576 = 312 ptas/t PRODUCCION COSTE (Ptas/t) 4 Dumperes 485 329 5 Dumperes 576 312 1) A partir de 5 dumperes la producción no aumenta, ya que es la máxima que puede realizar la excavadora. Esta producción se puede calcular también a partir de ella: nº de ciclos = 3000 / 40 = 75 ciclos/h p = 75 X 7,68 = 576 t/h 2) Para 5 dumperes, la producción es la máxima y el coste es menor que para 4, luego es el mínimo. La solución sería adquirir 5 dumperes. APÉNDICE 11.1 TRAFICABILIDAD DE LAS PISTAS. La capacidad de soporte de cargas de un suelo depende de la humedad del mismo, su constitución, etc., pero es una función relacionada con la resistencia al hundimiento de las ruedas cargadas de un vehícuJo, la cual puede determinarse con la ayuda de un penetrómetro y se expresa como resistencia a la penetración del suelo. 15-25cm Fig. 11.16 Penetrómetro. FUENTE VOLVO Cuando el penetrómetro es presionado en el suelo, el resorte es comprimido en relación a la fuerza que se necesita para vencer la resistencia del suelo. La fuerza que se requiere para que el penetrómetro penetre lentamente a través de la capa de suelo, es por lo tanto proporcional a la resistencia del tipo del suelo y su capacidad de sustentación. El valor indica la resitencia del suelo y se denomina valor de penetrómetro. A cada vehícuJo se le puede asignar un valor del penetrómetro, el cual indica cuál debe ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( l
- 282. ,. 11.23 ser la resistencia mínima para que el vehículo pueda transitar. Clase Tipo de sustentación Valor del penetrómetro 1 Excelente > 90 2 Buena 70 - 90 3 Razonable 50 - 70 4 Mala 30 - 50 5 Muy deficiente < 30 Tabla 11 .10 Valores de penetrómetro. FUENTE VOLVO Según la clase de sucio será necesario un refuerzo del mismo para que el valor del penelrómetro corresponda al del vehículo. La climatología influye mucho y cambia las propiedades. Variaciones de la sustentación Material Lluvia Sequía Suelos finos Baja Mejora Arena suelta Aumenta Empeora Tabla 11.11 Influencia de la climatología en el valor de sustentación. Tipo de superficie Hormigón, seco Asfalto, seco Macadán Camino de grava, bien compactado Camino de tierra, compacto Camino de tierra, firme, con huellas Terreno descampado, firme, seco Relleno de tierra, blando Terreno descampado, blando, seco Terreno descampado, pegajoso, mojado Arena o grava, blanda Camino de tierra, profundo, con huellas, poroso Terreno descampado, pegajoso, húmedo Barro o arcilla, flojo, húmedo Hielo Resistencia a la rodadura (%) 2 2 3 3 3 5 6 8 12 12 -15 15 - 30 16 10 - 20 35 2 Hundimiento de neumáticos (cm) 4 6 8 10 15 15 - 18 18 - 35 20 12 - 25 40 FUENTE VOLVO Tabla 11.12 Resistencia a la rodadura en función del hundimiento de los neumáticos.
- 284. 12.l CAPITULO 12 NIVELACION. LA MOTONIVELADORA. 12.1 FUNCIONES Y APLICACIONES.. Su función principal es la nivelación del terreno, moviendo pequeñas canlidades de lierra a poca distancia. La motoniveladora corta y levanta la tierra para reempla7..arla en la misma zona, o cerca, dándole forma, nivelándola, y dándole un perfil diferente. Esto lo consigue mediante una hoja que tiene una sene de movimientos de rotación horizontal y de elevación vertical. Esta hoja se halla situada en el centro de la máquina y con una distancia entre ruedas muy grande. Gracias a su construcción especial, respecto a otras máquinas, realiza su función de manera más rápida, mejor y más económica. Al realizar una explanación, si se utiliza un buldozer, cualquier irregularidad en el terreno, hace que se produzca una variación en la profundidad del corte de la hoja de empuje, en razón de 1:1'8. En cambio, en el caso de utilizar una motoniveladora, ésta disminuye notablemente, llegando a 1:0'56 (Fig. 12.1), debido a la situación de la hoja vertedera, entre las ruedas delanteras y el tren de rodaje trasero. Cuanto mayor sea !a distancia entre ejes, menos repercuten los desniveles del terreno en las variaciones de altma de la hoja. Esto explica la considerable longitud de estas máquinas. Fig. 12.1 A) Precisión de un bulldozer. Fig. 12.l B) Precisión de la motoniveladora.
- 285. 12.2 Las aplicaciones típicas son: * Extendido de un cordón de materiales descargado por camiones y nivelación. * Mezcla de materiales descargados. En varios países de América se utili7_,a para reali7.,ar las mezclas asfálticas en frío, o sea, los camiones descargan la gravilla, la cisterna regadora con rampa extiende la emulsión o "cut back" y la motoniveladora realiza varias pasadas amasando la mezcla y extendiéndola. Igual puede usarse para estabilizaciones in situ con cemento o cal, cuando no se dispone de las mezcladoras móviles "Pulvimixer". * Excavación de cunetas en tierras y conservación de las mismas. * Nivelación de taludes. * Excavación de canales de fondo llano en tierras. * Mantenimiento y conservación de carreteras y pistas. Para la amortización de estas máquinas puede considerarse lo siguiente: CONDICIONES AÑOS HORAS EXCELENTES 7,5 15.000 MEDIAS 6 12.000 SEVERAS 5 10.000 Tabla 12.1 Amortización de la motoniveladora. 12.2 PARTES ESTRUCTURALES. - Motor y transmisiones. - Bastidor. - Ruedas traseras. - Ruedas delanteras. - Equipo de trabajo: · Barra de tiro. ·Corona o círculo. ·Hoja vertedera. ·Accesorios. ( ( ( ( ' ' ' ( ( ( ( ( ( ( (
- 286. MOTOR ·~ i ~ '"'~ s:. 1 ,.... - TREN DE RODAJE TRASERO (EN TANDEM) " CHASIS I EQUIPO DE TRABAJO ji ·~ .,.,,.., M ~ -~ BARRA DE TIRO ~ -- - - - - - = . ; _ :· 11 - Cilindros de elevación Je la hoja 13 - Ruedas delanteras de dirección 17 - Cilindros de inclinación de la hoja INCLINACION RUEDAS DELANTERAS 12 - Bastidor 15 - Rótula 18 - Hoja ,-...> N ;) ' ., '
- 287. 12.4 Fig. 12.2 12.3 MOTOR Y TRANSMISIONES. Potencia hasta 80 KW. para modelos indicados en trabajos de conservación de carreteras y potencia de 100 KW en adelante para trabajos de construcción. La transmisión normal es mediante convertidor de par y caja de cambios tipo power shift que permiten cambios de marchas sin parar la máquina ni desembragar. 12.4 BASTIDOR. Puede ser rígido o articulado. - BASTIDOR ARTICULADO: Accionado mediante cilíndricos hidráulicos, que lo hacen girar ""20° a cada lado del eje longitudinal de la motoniveladora. Estas motoniveladoras (articuladas) tienen tres posiciones básicas de trabajo: BASTIDOR RECTO GIRO CON BASTIDOR ARTICULADO MARCHA CON BASTIDOR EN DIAGONAL Fig. 12.3 r ( ( ' ' f-- ( ' ' ( ' ( ( (
- 288. r 12.5 Esta articulación proporciona una sene de ventajas: - Reduce sensiblemente el radio de giro, con lo que aumenta la maniobrabilidad. - Aumenta el número de trabajos diferentes que puede realizar la máquina. - En la nivelación de taludes permite que las ruedas delanteras vayan por el talud, con lo que la hoja puede subir más y nivelar mayor longitud de talud. La motoniveladora avanza estable con el tándem trasero en terreno horizontal. - En construcción y refino de cunetas, las ruedas delanteras pueden ir sobre la cuneta y las traseras motrices sobre el firme con mejor coeficiente de traccción (0,90 en asfalto contra 0,50 en terreno blando). - En extendido no conviene la marcha en diagonal, aún siendo articulada, porque sufre mucho la transmisión y es mejor avanzar en línea recta. 12.5 RUEDAS TRASERAS. Son cuatro motrices montadas en balancín, oscilando en un plano vertical en tomo al piñón motriz, absorviendo las irregularidades del perfil y asegurando mayor tracción. Los ejes traseros soportan el 70% del peso total de la máquina, por lo que el centro de gravedad de la máquina está muy próximo a la parte ógida en las articulaciones. 12.6 RUEDAS DELANTERAS. Son directrices y además inclinadas entre 15 y 20° hidráulicamente desde los mandos de la cabina. - Algunos modelos tienen también tracción a las ruedas delanteras y por lo tanto es mayor la fuerza de arrastre, aproximadamente una tercera parte más que con tracción sólo en ejes traseros. En ésta situación, la hoja es "arrastrada" más que empujada desde atrás, por consigwente, puede mover cargas mucho mayores en una pasada, nivelar material más difícil, y trabajar satisfatoriamente en grandes pendientes (más tracción). Tiene como inconveniente que el diferencial, situado entre las ruedas delanteras, disminuye mucho la altura libre sobre el suelo del eje delantero (en este caso las ruedas delanteras no son inclinables). Este sistema proporciona una elevada producción en condiciones difíciles.
- 289. 12.l Es importante instruir al maquinista en las ventajas que representa utilizar debidamente las ruedas inclinables delanteras: - Cuando la máquina realiza un trabajo pesado de desplazamiento lateral de tierras, se produce una reacción que tiende a desviar la parte delantera de la motoniveladora hacia el lado en el que la punta de la hoja está más avanzada; mediante la inclinación de las ruedas delanteras, se contraresta éste efecto y se mantiene una marcha perfectamente recta (Figuras 12.4.a y 12.4.b). PLANTA Avance 1 777 SENTIDO DEL..../ NCLINAMIENTO @ DE LAS RUEDAS • Fig. 12.4.a ALZADO origina mo1entos en sentido contrario que equilibran el Kf de F Fig. 12.4.b La inclinación de las ruedas contraresta la presión de trabajo lateral. - Si la máquina excava una zanja o cuneta, y todas las ruedas de un lado marchan por la parte inferior de la misma, mediante la inclinación de las ruedas, éstas ruedan verticalmente tanto sobre el fondo de la zanja como sobre el terreno original, evitándose la tendencia al desplazamiento que se producuría al llevar las ruedas en posición oblicua. , Normal Inclinada Fig. 12.5 Ruedas verticales, excavación en zanja. Normal Inclinada __ Fig. 12.6 Ruedas verticales, refinando taludes. ( ( ( ( ' (
- 290. ,.. 12.7 - En el corte y nivelación de taludes de no mucha inclinación cuando la motoniveladora marcha directamente sobre el plano inclinado, se inclinan las ruedas hacia la parte alta del talud para eliminar el efecto de resbalamiento que se produce, al quedar la máquina acuñada sobre el plano de trabajo. - El ajuste de inclinación de las ruedas directrices es también muy 6til para la graduación exacta de la altura de corte de la hoja, pudiéndose variar dicha altura de forma muy rápida y uniforme sin necesidad de recurrir al accionamiento simultáneo o alternativo de los cilindros hidráulicos laterales. - Se reduce el radío de giro de la máquina, lo que facilita notablemente las maniobras. Además de la inclinación de las ruedas, el diseño del eje delantero permite un giro de las ruedas de unos 50º a la derecha o a la izquierda, y una oscilación que mantiene las dos ruedas delanteras en continuo contacto con el suelo en terreno accidentado, proporcionando así un mejor control de la dirección. 12.7 EQIDPO DE TRABAJO. 12.7.1 BARRA DE TIRO. Esta pieza está situada en la parte central delantera de la motoniveladora, bajo el bastidor y unida a éste en la parte anterior por una articulación de rótula y en la posterior por dos cilindros hidráulicos llamados brazos de elevación (Fig. 12.7). / CORONA Su objeto es soportar la corona o círculo dentado que a BRAZOS DE ELEVACJON su vez sujeta la hoja. BARRA DE TIRO Fig. 12.7 Pivotando sobre la rótula delantera, puede subir, bajar o inclinarse hacia uno u otro lado mediante los brazos de elevación. También puede desplazarse a derecha e izquierda y puede colocarse completamente vertical a cualquier lado de la máquina, con objeto de que la hoja realice taludes de hasta 90°. 12.7.2 CIRCULO O CORONA. Está situado bajo la barra de tiro suspendida por varios puntos. Tiene un dentado interno y lleva un cilindro hidráulico que la premite trasladarse a derecha e izquierda. Su objeto es sujetar la hoja, posibilitándola un movimiento circular horizontal de 360°. El movimiento de giro del círculo se consigue mediante un motor hidráulico, con un piñón que ataca al dentado interno de la corona.
- 291. 12.8 12.7.3 HOJA VERTEDERA Y MOVIMIENTOS. Es el elemento de trabajo de la motoniveladora y está soportada por el círculo, llevándo en el borde de ataque cuchillas reemplazables. Sus dimensiones varían en longitud, altura y espesor, dependiendo de la potencia de la máquina. EJEDELOWilS /: .ANGUlD DE LA CUCHIUA J.__ I ... ~ .-.oEI.ANTE T"'-ÓNDELA OJOtlUA Nivelación a la izquierda Nivelación a la derecha Fig. 12.8 Talón, pie de la hoja y ángulo de giro. Se denomina: - Pie de la hoja: El punto de la hoja que se encuentra lo más próximo a las ruedas delanteras. - Talón de la hoja: El más alejado. - Angulo de la hoja: ángulo formado entre el pie de la hoja y el eje del bastidor de la niveladora. Los diferentes movimientos que se le pueden imprimir son: a) Elevación o descenso de la hoja respecto al suelo A= Cilindro hidráulico que desplaza la corona. B = Cilindros hidráulicos que actúan sobre la barra de tiro. Fig. 12.9 b) Giro de la misma en su plano horizontal Este movimiento permite vanar el ángulo de la hoja respecto a la sección longitudinal de la máquina. ( ( ' ' '( ( ( ( (
- 292. ,. 12.9 Además cuanto menor es el ángulo de giro de la hoja, lo es el ancho de trabajo, pero mayor es su rendimiento, ya que el material se desliza transversalmente con mayor facilidad. Por eso, cuanto más duro es el material a nivelar, menor es el ángulo que se aplica a la hoja. El ángulo de la hoja toma distintos valores según el trabajo a realizar. a OPERACION 45° Cortar terrenos duros 55° Cortar terrenos blandos 60° Nivelación y extendido 90º Mantenimiento Tabla 12.2 Valores del ángulo de la hoja. Fig. 12.10 Giro de la hoja. ' c) Variación del ángulo de ataque de la hoja respecto al terreno (inclinación) Influye mucho en el rendimiento del trabajo a realizar. Conviene elegir el ángulo, dependiendo del tipo del suelo y las condiciones de trabajo. Generalmente tiene tres posiciones: Angulo .6 OPERACION Máximo 55°-70° Nivelar y extender Normal 36°-38º Arrancar Mínimo 25°-32º Arrancar capas superficiales Tabla 12.3 Valores del ángulo de ataque. Fig. 12.11 Angulo de ataque. d) Movimiento lateral respecto del círculo Se utiliza para trabajos de extendido de materiales dispuesto lateralmente, relleno de zanjas y nivelación entre obstáculos. Dezplazamiento a la izquierda. A B Desplazamiento a la derecha. Fig. 12.12 Movimiento lateral de la hoja respecto del círculo.
- 293. 12.10 e) Inclinación de los extremos de la hoja (Movim. "Tilt") Para excavación y terminado de cunetas y zanJas, nivelación de taludes, etc. MOV. " TILT " f e------~, J Fig. 12.13 f) Desplazamiento lateral del círculo fuera de la máquina a ambos lados Este movimiento hace posible que la hoja trabaje en una posición exterior a la trayectoria de las ruedas. Se utiliza en trabajos de corte de taludes, de diferentes inclinaciones y excavación de rampas laterales, así como en nivelación de curvas estrechas. Fig. 12.14 12.7.4 CONTROL DE MOVIMIENTOS DE LA HOJA. Las motoniveladoras modernas son totalmente hidráulicas y el control de los distintos movimientos es total, desde la cabina de conducción. Estas máquinas son difíciles de conducir, por la gran cantidad de movimientos distintos que puede realizar. Como consecuencia de ésto lleva numerosas palancas en el interior de la cabina; en los modelos más sofisticados, éstas han sido sustituidas por botones pulsadores que tiene como consecuencia una mayor comodidad para el operario y una mayor productividad durante la jornada laboral (mayor rapidez en la realización de los movimientos). El trabajo del maquinista es de responsabilidad, porque si lo ejecuta mal, estropea el realizado por otros operadores en días anteriores y requiere pues, buena experiencia y si la tiene ya en otras máquinas de movimiento de tierras, le es más fácil aprender el de ésta máquina. - Control automático de la hoja: Tiene por objeto mantener una inclinación de la hoja prefijada en el panel de control. El operador no necesita realizar ninguna maniobra para compensar las desigualdades del terreno, pudiendo realizar nivelaciones con una precisión extraordiaria. El aparato, cuyo mecarusmo sensitivo va adosado a la barra de tiro, consta en esencia, ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 294. 12.ll de un péndulo que según el ángulo de inclinación de la hoja suministra una intensidad de corriente proporcional a éste. El panel de control, en la cabina, tiene un mando que marca el grado de inclinación de la hoja, y deja pasar una intensidad de corriente proporcional a la incl1nación, la cual tiende a equilibrarse con la intensidad de corriente que regula el péndulo. Este equilfürio se consigue meiliante una válvula electro-hidráulica, que actúa sobre la hoja. 12.7.5 OPCIONALES. - Escarificador. La motoniveladora, aunque es una máqu1na pesada y fuerte, está proyectada para nivelar y no para escarificar para lo cual existe otra máquina específica que es el tractor (dozer). 1--- - -- - - - - - 9.07 m - - - - - - -- - -- - - - ; 1--- - - - - - - -- - - 9.78 m - - - - -- - - - - - -- -; Fig. 12.15 Modelo JD770-A, 15 t., con escarificador delantero y porterior. El objeto del escarificador es facilitar el trabajo a la hoja vertedero, en aquellos terrenos que por su dureza, no puedan ser cortados o nivelados directamente Normalmente está colocado en la parte posterior, donde el peso es mayor. Es accionado por un cilindro hidráulico, y puede ser de uno o varios dientes. Estos dientes han de penetrar en el terreno atravesando rápidamente la capa superior, para evitar un desgaste inútil. - Cuchilla zanjadora. Con la forma de la cuneta se acopla en el extremo de la hoja vertedera y sirve para la construcción y reparación de cunetas. De ésta forma, una cuneta se consigue en dos o tres pasadas de la cuchilla. - Hoja empujadora frontal. Se monta delante de las ruedas delanteras y slfve para realizar explanaciones de materiales sueltos o de poca dureza.Está más ind1cada en las motoniveladoras de tracción total.
- 295. 12.12 • Delantero , 1887 ---------8284---- --------l ---------8521----------~ Fig. 12.16 Fiat 156A, peso 14,5 t, 122 KW. - Trailla niveladora. Se coloca debajo del bastidor, en la parte central. Es una pequeña traílla y sirve para el transporte de materia a pequeñas distancias y rellenar pequeños desniveles. 12.8 SISTEMA DE TRABAJO. Como complemento a todo lo anterior se comentan las siguientes cuestiones: a) Número de pasadas: Si los tramos son cortos resulta más rápido levantar la hoja y dar marcha atrás sin nivelar. Si los tramos son largos, más de 80 m., interesa dar la vuelta con la máquina y nivelar en el otro sentido también. En prenivelado tres pasadas y en refino seis pasadas, regresando marcha atrás. Velocidad de nivelación entre 6 y 14 Km/h dependiendo también si es nivelado o refino. Velocidad de retroceso de 15 a 30 Km/h según esté plano o con cordones. b) Extendido: El maquinista regula la cuchilla al espesor correspondiente, la dá un ángulo para facilitar el desplazamiento de los materiales, elige el ángulo de ataque y debe procurar que no quede otro cordón importante en el borde retrasado de la hoja. c) Prenivelado: Conviene colocar unas estaquillas a unos 10 metros de separación, y una a cada lado del carril que nivele. ( ( '( ( ( ( ( ( '( { ( ( ( ( ( (
- 296. ,.. 12.13 d) Ajuste o refino: En este caso conviene colocar olra estaquilla más en el centro del carril. e) Sistema automático de nivelación: Se coloca un hilo de referencia topográfica sobre la capa a nivelar. La máquina lleva un palpador que toca el hilo o un dispositivo de ultrasonido. Este es el mejor y más moderno y tiene la ventaja de que no toca el hilo colocado por el topógrafo y por consiguiente no hay enganches. El sistema de ultrasonido lleva un microprocesador, con varios sensores que permiten nivelación longitudinal y transversal (peraltes). Es el sistema ideal en refinos de coronación. En los dos casos anteriores, el sistema empleado actúa sobre los cilindros hidráulicos que suben o bajan automáticamente la hoja. 12.9 PRODUCCION. Si se quiere calcular la producción de extendido la fórmula es: P = l x e x d x nº ciclos/h x fh siendo: 1: ancho de extendido en el carril e: espesor de extendido. d: distancia de extendido. fb: factor de eficiencia horaria. longitud de la hoja por el seno del ángulo de giro. Para el cálculo del nº de ciclos/h hay que considerar: - Tiempo fijo de maniobra. - Tiempos variables según velocidad de trabajo y retroceso (tomando los tiempos medios). - Número de pasadas. Como orientación, para una motoniveladora de 13 t. (150 H.P.), puede tomarse: ·Extendido: 250 m3/h. . Prenivelación: 1600 m2/h. ·Refino ( ±1 cm.): 400m2/h.
- 297. 12.14 TAMAÑO PESO POTENCIA LONGITUD ALTURA MARCAS YMODELOS (t) (KW) HOJA (11) HOJA (u) Pequeño 11-13 100 3,65 600 CAT 12G, CH-710A Mediano 14 115-140 3,65 600 CAT 140G, CH-720A, OK Fl56A Grande 16-18 130-150 4,30 700 CAT 14G, CH-740A, OK F206 Mayor 21-27 150-180 4,90 800 CAT 16G, CH-780A Tabla 12.4 Rango de modelos (CAT = Carterpillar, CH = Champion, O.K.). Amortización normal: 10 años. ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 298. 13.l CAPITULO 13. EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN. 13.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN. Los espesores de las tongadas en el caso de lerraplenes y presas de tierra pueden ser variahles. Eslán muy relacionados con las posibilidades de compactación, que dependen del tipo de material. * Tipo del material (granulometría, % de finos <80µ, plasticidad, grado de humedad) * Energía de compactación: · Tipo de compactador y características - Nº de pasadas - Velocidad (espaciamiento en vibrantes) Tabla 13.1 Causas determinantes de los espesores de extendido. Obtener una producción elevada en el arranque no presenta problema, éste radica en el extendido y compactación en un solo tajo, porque la limitación del espesor de cada tongada exige disponer de grandes superficies en los terraplenes. La compactación en obra es un proceso rápido, producido por la energía y acción al moverse unas máquinas, compacladores, cuyo objetivo es proporcionar los resultados que se relacionan en la Tabla 13.2 a la estructura de los materiales. Objetivos Efecto Control. Ensayos Aumento de la - Capacidad portante · De penetración o índice CBR resistencia - Estabilidad del - Triaxiales terraplén - Corte - Compresión simple Disminución del - Impermeabilidad - Permeabilidad volumen de huecos Resistencia a la - Limitación de asientos - Módulo de deformación Edomélrico deformación y cambios de volumen Tabla 13.2 Objetivos de la compactación. El equipo de movimiento de tierras de extendido a su paso por el material suelto de las capas de terraplén ocasiona ya una cierta compactación por su propio peso y la vibración de su movimiento, estimándose en un 70-80% de la solicitada PN, de forma que el procedimiento de compactación tiene que hacer el resto.
- 299. 13.2 Otro caso de extendido son las capas del paquete del firme que tienen unos espesores fijos y que normalmente se extienden en su espesor completo, debiendo conseguir la compactación las densidades especificadas para ellas. En las capas del firme no hay pues libertad para variar espesores, pero hay que comprobar si la extendedora es capaz de dar el espesor suficiente antes de compactar y si los compactadores son capaces de actuar eficazmente en todo el espesor. El caso más corriente lo constituyen las estructuras de materiales sueltos, terraplenes y pedraplenes de carreteras, presas y otras construcciones, en las cuales hay libertad para elegir los espesores de las tongadas, y donde las características geotécnicas de los materiales son decisivas para la elección del Procedimiento Constructivo. ·Sistema de arranque, acarreo y extendido ·Espesores de extendido ·Características de los materiales · ± % de humedad respecto al óptimo ·Método de compactación y tramos de prueba Tabla 13.3 Procedimiento Constructivo. ·Mototraíllas ·Tractor de cadenas ·Hoja empujadora de compactador ·Motoniveladora Tabla 13.4 Métodos de extendido. Los medios o controles que se siguen en obra para conocer s1 se ha alcanzado la compactación adecuada, varían según el tipo de materiales, Tabla 13.5. Terraplenes Pedraplenes ·Densidad seca · Índice de huecos ·K = Evz/Ev1 ·Asientos (placas de carga) ·Huella · Densidad (macrocatas) Tabla 13.5 Control de compactación. La densidad seca es la masa de elementos sólidos en la unidad de volumen del suelo considerado. K = Evz/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 10 asientos producidos por el paso de un eje de lO t, medidos por nivelación. ( ( '( ( ( ( ( ( ( ( '
- 300. ,.. 13.3 13.2 DENSIDADES. La densidad seca medida en el tajo debe ser la especiíicada en el pliego de condiciones. Normalmente se considera el % sobre la obtenida en el laboratorio según el ensayo Proctor Normal (PN), o el Proctor Modificado (PM). Los rangos habituales para terraplenes son los de la Tabla 13.6. El ensayo Proctor consiste en compactar el material contenido en un molde cilíndrico de dimensiones standard, por medio de una maza, que se deja caer libremente desde determinada altura y un cierto n2 de veces. Realizando el ensayo con el material y diferentes grados de humedad, y después de desecar, los resultados se llevan a un gráfico (Figs. 13.l y 13.2), obteniendo una densidad máxima seca para una humedad llamada óptima. . PM PN Coronación 97-98 % 100-103 % Núcleo 95 % 98 % Tabla 13.6 Rangos habituales de Proctor en terraplenes. El aspecto de la curva Proctor de densidad-humedad, da una idea de la compactabilidad del material ensayado. y, 11 1.1. "~ ~ [7' I ''" ~ ~· ' 'º' 1 n V ~~, 1 V 1 '' V 1 1 ...... 1 ,, u 1 1 1 1 1 1 1.1 - y, __ --!'"----- V" 1' / : 1 / ' 1 1 / 1 V /!t il ' / ·, ' J I o 1 1 ) ' 5 ' 1 1 • IO IJ 11 1) " 1 wop w • 10 · wop .. w 'º Fig. 13.1 Curva Proctor angulosa. Fig. 13.2 Curva Proctor redondeada. Ys = dens. seca w = % de humedad La Fig. 13.l representa una curva muy angulosa, que se corresponde con una composición granulométrica de característica especial. El ángulo fuerte significa que una variación pequeña en la humedad causa una baja importante de densidad, y como es muy difícil en obra mantener la humedad en valores muy próximos a la óptima w0 p, esta curva corresponde a un material de mala compactabilidad. Con -1% baja al 90% y con -2% al 80%. Si la curva es redondeada, Fig. 13.2, donde ambos lados caen suavemente, indica en general un material de buena granulometría y compactabilidad.
- 301. 13.4 La curv¡¡ grnnuJométrica, cuanto sea más relativamente recta y de menor pendiente, mejor es su graduación de tamaño y porcentajes, y más fácil su compactación. e .. :i .. .. I"" #, ID ., IO • 110<0&' """"Al " 100 lOO NAVA NAVIUA .......... ........ i-,u,. - ---...... l......._ r-,.... ......... i. "'. ' ' . . 1 (.1) ,,.. l5) . ......_ ' 1.. 1 - ' (2) ........... ~ ..... --......:- IO 10 MIH4 ,_. ----m '. ....... u r-,... (.6) ' ' '' ...... " 0,1 ,.,..,,. ' A•CL.L..AS 0,020 1) Zahorra natural, gradación contínua, con pocos finos 2) Grava natural, sin finos 3) Suelo fino, limoso o arcilloso.con arena fina 4) Suelo arenoso. de gradación uniforme 5) Arena limpia. de gradación contínua 6) Suelo gravoso-arenoso, con falta de intermedios Fuente MOPU. Tccoolog{a de carretera 1987 Fig. 13.3 Curvas granulométricas de distinta compactabilidad. (1), (2) y (3) son las mejores. Los métodos normales de obtención de densidades en obra son el aparato nuclear (Fig.13.4 y Fig.13.5), y el cono de arena (Fig.13.6). //J . :·:= ~ ...........,.......... '· ,_. •• ,--e, ... ,u~, Fig. 13.4 Gamadensímetro de transmisión directa. Contador Nuclear Scnso= Fig. 13.5 Gamadensímetro de retrodispersión. h Fig. 13.6 Método del cono de arena. ( '( ( ( ( ( ' ( ( ( ( ( (
- 302. ,. 13.5 El método más fiable es el de arena, pero es más lento y depende de la destreza del operario, y del estado de los medios auxiliares que utilice. Las densidades se obtienen cada un número determinado de m3 (en la nueva propuesta de PG3, cada 500 m3), o en la superficie definida como lote (5 ensayos en 500 m2). Las densidades conseguidas con los nucleares deben contrastarse con las obtenidas por otros métodos. En el nuclear de transmisión directa, la varilla no se introduce hasta el fondo de capa, sino hasta la mitad. La varilla tiene una longitud de 25 cm. Se emplea normalmente con sucios. El de retrodispersión se utiliza cuando hay dificultad para la introducción de la varilla, y su efecto es en una profundidad de 6-12 cm, apto para suelo cemento, grava cemento y mezclas asfálticas. La densidad no es uniforme en el espesor compactado y la medida por cualquier método es una media de la capa. Su variación se corresponde aproximadamente con la Fig. 13.7, siendo en el fondo de capa y superficie menor que a una cierta profundidad y cuanto mayor sea la exigencia de densidad, menor debe ser el espesor de la capa o tongada. z ,. 110 110 y, ,,. Fig. 13.7 Variación de la densidad seca en un espesor. e e 1• e•, a , z Fig. 13.8 Sin embargo el efecto de compactación de capas sucesivas (Fig. 13.8) produce un aumento de la compactación (zona rayada), de forma que la densidad media de la altura total compactada en terraplenes se aproxima a la obtenida con el método de ensayo. Generalmente el efecto en profundidad con los rodillos vibratorios es mayor del lado húmedo que del seco respecto del Wop, y más importante cuanto más arcilloso es el material. Materiales más secos requieren menores espesores. El reparto de densidades depende también de las amplitudes de vibración, con bajas la densidad aumenta en superficie, y con elevadas en fondo.
- 303. 13.6 En determinados matcrialc..:s especiales, la capacidad portante (Índice CBR) disminuye al aumentar la densidad, Fig. 13.9, presentundo un máximo wn un valor inferior i:ll 100% PN, es decir que d objetivo de la compactación no tiene por que ser la máxima densidad, pero en li:l mayorfo aquella i:lUmcnta con la densidad. 12 11 10 n 9 d 1 8 e 7 • 6 e 5 B 4 R 3 "' 2 1 o 93 94 95 96 97 98 99 100 o/o Compactación ,.epecto Proctor NOfmat Fig. l3.9 13.3 ENERGÍA DE COMPACTACIÓN. En los ensayos PN y PM de laboratorio se comprue ba que las densidades secas crecen, coq las energías empicadas por unidi:ld de volumen, a la vez que las humedades óptimas son menores, Fig. 13.1O. La energía PM es 2,635 J/cm 3 y la PN es 0,58 J/ cm 3, siendo la relación 4'5, o sea aproximadamente 5 veces superior. l,00 1,qo .-r---,P. MODll"LCADO _,,, 1 -. / 1 • " 1 '. (. ~ ,~. / 1 Q 1 ~ ..-• Q 1,70 y ,......... '·'º""" 1 •......_____ '~º / : : ·---- 1 1 1 l ,Sn t 1 1 1,40 1 1 1 ,. 1 " I" " " ~ Wop'PM Wop'PN. w Fi~ 13.10 Densidades según energías en laboratorio. 2,0 - / ' ' ' "' ,., / ,, E ., '"' X r~ "' ... 1,0 o .. o ¡¡; z ... n~/ [:t,, / ,,,, tr::liFACfACJON DI: o 0,s CCWACTACICJ< O[ 10Too / o 1 2 4 6 a 10 12 l4 16 l8 20 FUENTE DyC Fig. 13.11 Densidades según encrgfos en obra. 'I) Compactador de 6T 2) Compactador de lOT f ' ( ( ( ( { ' '( (
- 304. L a 13.7 Y s 1 2 E Fig. 13.12 Densidades secas en función de las energías utilizadas. y, = densidad seca Kg/dm 3 E = energía J/cm 3 Curva 1 (laboratorio) Curva 2 (obra) humedad óptima Wop,PN es importante, no sólo porque señala la densidad máxima, sino pcrque se corresponde aproximadamente con la humedad de equilibrio, necesaria en el terraplén para evitar posteriores deformaciones. Si al aumentar la energía (PM), se compacta del lado seco, pueden ocasionarse hinchamientos y colapsos al humedecerse posteriormente el terraplén por las lluvias. Si se continuasen las pruebas de laboratorio aumentando las energías, se obtendría una curva como la 1 de la Fig. 13.12, indicando que para alcanzar una densidad determinada se necesita en la obra mayor energía que en el laboratorio, pues en éste interviene el efecto de confinamiento del molde. La energía ulili;,,ada en obra para un mismo compactador es una función del nº de pasadas, desconociéndose exáctamente el alcance en profundidad, osea la masa de suelo compactado. La curva 2 indica que su pendiente, o sea a d !J.. densidades - - = - - - - - - - - al principio a E !J.. energía de la compactación aumenta muy rápidamente, siendo luego cada vez es menor, hasta un punto en el cual prácticamente no sirve de nada ,aumentar el nº de pasadas. El efecto en profundidad de la energía en obra, o sea del nº de pasadas, depende del tipo de compactación. En el caso de vibración, las densidades crecen en profundidad con las pasadas.
- 305. l + Fig. 13.13 Compactación vibratoria. Densidades y profundidad según nº de pasadas. 13.8 5 iO Fig. 13.14 Compactación con rodillos pata de cabra. Densidades y profun. según nº de pasadas. La Fig. 13.13 representa curvas de densidades, profundidades en compactación vibratoria para distinto nº de pasadas: 2, 4, 6, observando que las densidades máximas crecen en profundidad según nº de pasadas. En el caso de compactación por amasado, rodillos pata de cabra, las densidades máximas aumentan hacia la superficie, Fig 13.14, es decir la compactación es de abajo hacia arriba. Al incrementar la energía (nº de pasadas), se consiguen densidades mayores con menores humedades, Fig 13.15, y para una misma densidad, mayores espesores e'>e, Fig. 13.16. .G ~ ··.4 ~ ··.2 ~ w Fig. 13.l5 Incremento de densidades con la energía y disminución de humedad. 'Y, 4· 6 e e' nº da p888daa Fig. 13.16 Aumento de espesores con la energía. ( ( ( ' < ' ' ( ( ( (
- 306. r t" 13.9 13.4 LA COMPACTACIÓN SEGÚN LA ESTRUCTURA FÍSICA Y PARÁMETROS DE LOS SUELOS. Para compn.:ndcr las posibiLidades <le compactación hay que consi<lernr las Jisúntas fases de la estructura del material. 1 2 (1) Durante la compactación. (2) Después de la compactación. Fig. 13.17 Fases del material a compactar. Fases Composición Volúmenes Pesos Sólida Esqueleto mineral Y, P, Líquida Agua vw V Pw p Gaseosa Aire v. o Parámetros Peso específico <le las partículas y = P,/V, Densidad aparente Ya = P/V Densidad seca Y, = P,/V Humedad w = Pw/P, Porosidad n, ó % huecos n = (V.+Vw)/V=l-( y.fy) Huecos de aire n. = 1-y,(w+l/y) Grado de saturación s = Vw/(V 3 + Yw) =w(l/ y,-1/y) Saturación total s=l; V3 =0; y,= 1/(w+l/y) Tabla 13.7 Fases y parámetros. Según los tipos de sucios, estos parámetros toman disúntos rangos (Fig. 13.18). La Fig. 13.19 muestra las familias de curvas de y, en (unción de los huecos del a1rc, según la fórmula y, = (1-n.)/w + 1/y
- 307. n K n wolla llmo 13.IO .,.... coeflcl•nte permeab!!!d~d Tamatio auelos redondeadas, angulares Forma de sueloa Fig. 13.18 Permeabilidad de sucios, porosidad y formas. Al variar la humedad se obtiene la gráfica de Ys en función de w (Fig. 13.20) que puede presenlar mínimos y máximos según el material. Tiene interés representarla sobre la Fig. 13.19 porque se ve la evolución de la densidad al disminuir el volumen de huecos de aire con el proceso de compactación. U 20 W¾ Fig. 13.19 Familia de curvas y, en función de n. y de w. lO Y, U 20 w -J. Fig. 13.20 Curva de y, función de w sobre la familia de y., función de n. y w. Cuando aumenta la humedad n. disminuye, o sea el aire es expulsado de forma creciente hasala un punto determinado de w en que la densidad disminuye pues una parle del agua desplaza los sólidos. Si w aumenta la curva se acerca asintolicamenlc a la de saluración del suelo. La Fig. 13.21 muestra como varían algunos parámetros con la plasticidad. ( ' ( f f ( ( ( < ( (
- 308. 13.11 w permeabllldad LL Fig. 13.21 Variación de la humedad, densidad seca y permeabilidad , según el límite líquido. En los suelos con finos donde más del 35% es de tamaño < 80µ, cuanto mayor es la plasticidad menor es su permeabilidad (Fig. 13.21) y más difícil corregir su humedad natural ( ±) en capas ya extendidas, siendo preferible en banco o perfil (más costoso reducir que aumentar). Cuanto más plásticos, mayor es la cohesión, y más difícil la compactación, requiriéndose más energía/volumen (mayor carga lineal o n2 de pasadas), o menor espesor. Los suelos limosos, al ser más permeables, absorben más humedad que las arcillas después de las lluvias pero se orean mejor y es más fácil corregirla. A continuación se estudian algunos tipos de suelos: 13.4.1 SUELOS PERMEABLES. Caso típico arenas limpias. Es fácil evacuar el agua, ésta actúa de lubricante de la fase sólida, y se puede disminuir el volumen de huecos Ya con la compactación. 13.4.2 IMPERMEABLES (ARCILLOSOS). A) Con exceso grande de humedad natural. Presentan muy pocos huecos. El agua no puede salir. No disminuye el volumen del conjunto, dada la prácticamente nula compresibilidad del agua, se está en un estado semifluido, que cede bajo la carga, desplazándose toda una masa. No se puede compactar, hay que eliminar el agua, oreando, o sustituir el material.
- 309. 13.12 B) Con humedad nalural muy seca. Si el % de humedad es muy pequeño, la exisLcncia de aire y agua establece fuerzas de cohesión entrt: los granos, debido a la tensión superficial del agua, lo cual impide una compactación adecuada. 13.5 TERRAPLENES. En gcneral resulta más rápida y eficaz la compactación en espesores pequeños, sin embargo se encarece el extendido y debe hacerse un estudio económico del coste, según varíen los espt:sores. Los materiales pueden ser; - Finos - Granulares - con finos - sin finos La nueva redacción del PG3 clasifica los suelos para terraplenes en: Seleccionados SS, Adecuados SA, Tolerables ST, Marginales SM, Inadecuados SI. Limos y arcillas <0,08 mm Situación Altura Tongadas Tipos de suelos Coronación 50-60 cm 2 SS, SA, ST Núcleo Variable Muchas SS, SA, ST, SM Cimienlo "' 1 m 2 - 3 SS, SA, ST, SM Tamaño máximo < % e, 25% < 0 / 2, e = espesor de tongada Tabla 13.8 Terraplenes en carreleras según PG3. Arena Gravilla Grava Fina Media Gruesa 0,08-0,4 mm 0,4-2 mm 2-5 mm 5-20 mm 20-80 mm Tabla 13.9 Granulometría general. Bolos o piedra >80 mm Respecto a la elección y utilización de la maquinaria durante la construcción del L erraplén, es necesario predecir el comporLamjenLo del suelo en las condiciones meteorológicas ( ( '( ( ( ( ( ( ( (
- 310. r 100 to 10 70 10 13.13 de humedad previsibles (ver traficabilidad de tractores, Tabla 5.22, traíllas, Tabla 7. 12, dumperes, Tablas Jl.10, 11.11, 11.12) con los ensayos correspondientes. Otro ensayo con experiencias en climas húmedos del Reino Unido, es el índice MCV, desarrollado por el TRRL. El peso de las máquinas tiene importancia, y no se utiliz.arán siempre las más pesadas y de mayor producción. La compactación de las tongadas se hace desde los extremos hacia el centro. En los bordes con los taludes se extienden tongadas más delgadas y se compactan con equipos más ligeros. Los espesores y compactadorcs adecuados se analizan posteriormente según los tipos de sucios. En relación a la granulometría y finos, la Fig. 13.22 corresponde a la propuesta del nuevo PG3. TERRAPLEN OLUtA•LE IIAIMIHAL ... to "° )! .. "' ; .. ºº .. N " a 4 0 ~ 30 zo 10 o g TODO UNO l"EORAPLEN 00 O O O l')'f' _, H - ,n .. ftl') N Oód O TAMAÑO O,: LAI PAfHICULAI EH •"' ,- • • C) oº· C?. o o Fig. 13.22 Granulometría de terraplenes, pedraplenes. Tamices característicos 20 y 0,080 mm. 13.6 FINOS. • • • • "' .. .. M H U to _, 100 ll lo/o 1 BAJA PLASTICIDAD :ALTA PLASTICIDAD 1 Fig. 13.23 Gráfica de Casagrande de plasticidad de sucios. Suelos de grano fino son aquellos en los que más de un % determinado pasa por el tamiz ASTM nº 200 de 0,074 mm (50% para la clasificación ASTM y 35% para la AASHTO), o el equivalente en la UNE de 0,080 mm (80µ). Comprenden limos y arcillas.
- 311. 13.14 13.6.1 IDENTIFICACIÓN DE FINOS. Es importante, porque según sean los materiales se compactan con procedimientos distintos. Hay pruebas visuales para clasificar los suelos en granulares y plásticos (Fig. 13.24). 2 .. .. ~ 4 Fig 13.24 Pruebas visuales de suelos. 1, 2 y 3 Suelos cohesivos: l. Se forma una pelota con su humedad natural, si no se puede, o es difícil de moldear, es menos plástico, o la humedad está debajo de la óptima. 2. Si se deshace en fragmentos uniformes, la humedad está debajo de la óptima. 3. Si se forma </) aproximadamente de 3 mm. el suelo tiene plasticidad. 4. Muestra en un tubo de ensayo y se agita. Se deja reposar 1,5 ruin., s1 el agua queda turbia y se advierten dos niveles de depósito, hay un % de arcilla. 5. Suelo granular. 6. Arcilla o limo: Se coge un puñado de suelo con su humedad natural, si la mano queda manchada después de frotarla, los finos son arcillas. Si al frotar las manos los finos quedan sueltos y no pegados, son limos. La Tabla 13.10 presenta una guía de relación de suelos, complementaria de la anterior. ( ( ( ( r ( ' f ( ( ( ( (
- 312. 13.15 Lo que hay que buscar Suelos granulares, arenas finas, li1os Suelos plásticos (cohesivos), arcillas Aspecto y tacto. Los grano gruesos se ven; el suelo tiene Los granos no pueden verse; el suelo un tacto granoso al cogerse con los dedos. tiene un tacto uniforme y untoso al cogerse con los dedos. Movimiento de agua en Se echa agua en la palma de la mano, se Mismo ensayo pero no hay indicio de agua los dedos vacíos. extiende una pequeña cantidad de suelo y saliendo de los huecos. se agita. Aparece agua en la superficie. Al dejar de agitar, el agua desaparece. Plasticidad. Huy poca o ninguna plasticidad. Plástico y pegajoso. Puede arrollarse. Cohesión en estado Poca o ninguna resistencia en estado seco. Elevada resistencia en seco. Se cuartea seco. Se cuartea y hace escamas rápidamente. con dificultad. Baja porosidad. Sedimentación en Se separa por sedimentación de forma Se mantiene en suspensión en agua durante agua. rápida. varias horas a menos que se flocule. Tabla 13.10 Guía de selección de sucios. Fuente: Ingersoll Raad 13.6.2 ANÁLISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL. Viene definida por la Tabla 13.11. Característica Control Índice de plasticidad Límites de Atterbeg % de arena Equivalente de arena % de arcilla Granulometría por sedimentación Tabla 13.11 Análisis de la parte fina de un suelo. La sedimentometría se basa en obtener la velocidad de sedimentación mediante el método del densímetro aplicando la ley de Stokc. Tiene la ventaja sobre los límites de Atterbeg, que separa claramente los limos de arcillas y da un porcentaje, lo que es importante porque estos materiales se comportan y compactan de distinta forma. Este análisis es más utilizado para núcleos de presas de tierras que en carreteras. 80µ < arena fina < 400µ 2µ < limos < 80µ O < arcillas < 2µ Tabla 13.12 Granulometría de finos.
- 313. "" 20 13.16 La fracción más fina de un material es la que tiene mayor superficie especifica y por consiguiente la más sensible a la acción de la humedad. La parte activa, es por tanto la arcilla. ~ granos (enµ) 66.3 48.3 35.4 22.0 16.0 11.7 8.4 6.0 3.6 1.5 %de la muestra total 8.4 7.3 6.1 5.0 4.0 2.9 2.2 1.4 1.0 0.4 Fuente: Euroconsult. Fig. 13.25 Ejemplo de análisis granulométrico por sedimentación, muestra z:ahorra artificial. - - - - _,_ -- - ~ - --- - Tamices segon designoc1ó:'l UNE ANALISIS GRANULOMCTRICO POR SEDIMENTAelON Arenas / Limos Limos / Arcillas Arcillas / Coloides --- ' '- ..___ ; "---. 'i ' ! " ; ----- ! '----, ~ "'r'x ! "'i><---.... -- 1 ~ ' ---1, 1 ! "" - '- - 0.50.• 0.J o 2 O,1 O.DI 0.02 o.o1 0 .005 0.003 0.001 0 .0005 0.0002 "romano mm c~scolo logorrtmico) X Ref. muestro: 3450 FUENTE AEPO ( ( ( ( ( '( ( ( ( ( Fig. 13.26 Análisis granulométrico (izq.) y por sedimentación (dcha.) de una muestra de limo arenoso. (_ 13.6.3 SUELOS PLÁSTICOS. Los suelos excesivamnete plásticos, son inadecuados según el PG3, por la susceptibilidad a las variaciones de volumen (expansión, entumecimiento) con las variaciones de humedad, ya que una parte del agua de lluvia, pasa a través del firme, o puede penetrar en el terraplén, alterando el estado de tensiones. Una parte de los materiales inadecuados según el PG3, pueden ser válidos para determinadas partes de un terraplén (núcleo), según su altura, previo análisis detallado y con determinadas precauciones de colocación. Estos materiales deben estar definidos en el Pliego General de Prescripciones Técnicas Particulares (PPTP) del proyecto en cuestión. La práctica actual es aprovechar al máximo los mater:ales existentes y al utilizarlos hay que considerar no sólo principalmente sus propiedades intrínsecas geotécnicas, sino la situación en que se van a encontrar una vez colocados y la influencia en la humedad in situ de las condiciones meteorológicas previsibles. Deben cumplir las siguientes condiciones:
- 314. 13.i7 1) Ser posible la puesta en obra en condiciones de producción con la maquinaria de movimiento de tierras. 2) Buenos coeficientes de t.eguridad para la estructura construida. 3) No les afecte la capa freática o el movimiento de agua. 4) Las deformaciones, hinchamientos y asientos instantáneos durante la construcción y diferidos post- constructivos sean admisibles para la funcionabilidad de la construcción (Servicio o calidad para el usuario). Se resume en : · Proceso Conslruclivo adecuado · Estabilidad de la estructura · Dispositivos de drenaje e impermeabilización · Calidad para el usuario Tabla 13.13 Condiciones para aprovechamiento de cualquier material. Si los materiales son definitivamente inadecuados se necesita ir a un préstamo, con mayores precios, considerándose fuera de la traza, distancias superiores a 2 Km. Respecto al contenido de humedad en las arcillas, si tienen poca agua, son duras y firmes, pero más alla del contenido óptimo de humedad, aumenta más su plasticidad y es más difícil compactarlas, aunque es más seguro como se comentó en el apartado 13.3.4. Si la plasticidad es reducida, en tongadas con espesores máximos de 30 cm., los bolos de material arcilloso se pueden romper durante el extendido con los bulidozers por el efecto de su propio peso (son suficiente los tamaños pequeños de tractor), o se retiran si son lentejones, y la compactación se realiza con compactadores vibratorios de tambor liso. Si la plasticidad es elevada, IP >20, son necesanos rodillos pata de cabra o compactadores estáticos de alta velocidad con p1~ones. Los limos, que también son finos carentes de plasticidad, se compactan normalmente con compactadores vibratorios de tambor único. 13.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS. La pérdida de resistencia de los suelos cohesivos se produce porque el proceso constructivo moderno de terraplenes es muy rápido, no permitiendo los asientos naturales con el tiempo. Durante la construcción se consiguen densidades altas con humedades reducidas, pero después de las lluvias otoñales, al saturarse o aumentar la humedad, la capacidad portante ( Índice CBR) se reduce notablemente. La causa es la inestabilidad del suelo, por el incremento de la presión de agua en los poros del suelo.
- 315. 13.18 13.7 COMPAC,'TADORES DE SUELOS PLÁSTICOS. 13.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA (PISONES). Constan de cuatro tambores con unas patas en la superficie de los mismos y una hoja extendedora en su parte frontal (Fig. 13.27), que se utiliza para el extendido, evitándo los bulldozer. Después se dan las pasadas necesarias hasta llegar a la densidad especificada. De esta forma se tienen dos máquinas en una, lo que les da una preferencia sobre el rodillo vibratorio si el material está en los límites inferiores de suelos tolerables. Fig. 13.27 Compactador pata de cabra (pisones ó pies "tamping"). Son compactadores que combinan el efecto de amasado producido por las patas, con el impacto (efecto dinámico) originado por su alta velocidad, que produce una cierta rotura del material, cuando está en forma de bolos. La compactación se realiza de abajo a arriba según pasadas (Fig. 13.28). Las velocidades más lentas son en las primeras pasadas y más rápidas en las últimas, velocidad media 7-10 Km/h. La Fig. 13.28 muestra el impacto en el sentido de avance. :l.<> 2º · 6 a8 km/h 10a 12 km/h 15a 18 km/h Fig. 13.28 Compactación ascendente. 1º, 2º y 3º pasada. Fig. 13.29 Sentido de avance. ( ( '( { ( ( ( ( (
- 316. ,,. 13.19 Si la humedad es excesiva, las patas al remover el terreno ongman una aireación en los huecos que dejan. Los espesores dependen de la altura de las patas que suelen ser como máximo 20 cm., no debiendo la capa sobrepasar mucho este espesor si se quiere obtener una densidad real media del 100% del PN. Sin embargo, para lograr una mayor producción se extienden también capas de 30 cm., y en este caso deben empicarse los rodillos de mayor peso, que son de 32 t, siendo suficiente unas 6 pasadas. Modelo 815 B. 825 e Peso 20 t 32 t Potencia 157 KW 231 KW Altura de los pies 198 mm 191 mm Espesor de tongadas compactadas 20 - 25 cm 25 - 30 cm Velocidad de compactación 7 - 10 Km/h 7 - 10 Km/h Ancho de la hoja empujadora 3,76 m 4,53 m Nº de pasadas extendido y compactado 100% PN 6 - 9 5 - 8 Tabla 13.14 Com actadores p pata de cabra. CA1. Antiguamente se utilizaban rodillos pala de cabra remolcados por tractores de cadenas, pero este tipo de máquinas ha caido en desuso; prácticamente no se fabrican, lo cual no quiere decir que si se dispone de ellos no deban utili.7..arse, únicamente que la producción es más lenta por la baja velocidad del tractor y el número de pasadas necesario, de 15 a 20. 13.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA (Fig. 13.30). Este tipo de rodillos combina el efecto de la vibración con un mayor impacto ya que la superficie de contacto de las cabezas de las patas es aproximadamente 1/3 de la de un tambor liso, debido a la separación entre las patas, y por consiguiente el impacto es tres veces superior y mejora así la fuerza para vencer los rozamientos internos. Por este motivo interesa que las palas penetren y no se apoye el tambor en la parte lisa, para lo cual el espesor de la capa no debe ser superior a la altura de la patas y aunque esto no pueda Fig. 13.30 Compactador vibratorio de tambor único, pata de cabra. conseguirse en la práctica exactamente, al menos deben elegirse los espesores de capa menores
- 317. 13.20 posibles, porque entonces mejora mucho la compactación y se necesitan menos pasadas, aumentando la producción. Son reconmendables los modelos más pesados con tracción también al tambor, de peso 16-20 t, alturas de pata 100-127 mm. y espesores de tongada 20 cm. Estos modelos pueden llevar hoja empujadora aunque ésta es pequeña y en 6ste tipo de máquina no resulta eficaz, por lo que el extendido debe realizarse con otra máquina, que normalmente es una motoniveladora o el tractor de cadenas antes aludido. Este último realiza un extendido de estas capas intermedias con una nivelación elemental, que es suficiente, bastando para el extendido y nivelación 1-2 pasadas. Una combinación interesante en compactación de arcilla, para grandes producciones, es un compactador pata de cabra de alta velocidad, que extiende y realiza las primeras pasadas rompiendo los bolos, y un compactador posteriores, compactando en profundidad. vibratorio pata de cabra que realiza las pasadas 13.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS. Los modelos pesados de 17-20 t en algunos tipos de arcillas han dado también buen resultado, hincando con la vibración los terrones de arcilla, sin romperlos, en la masa de las arcillas. Sin embargo dan mejor trabazón los pata de cabra autopropulsados, que tienen además la ventaja del extendido con la hoja frontal. 13.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES. Si el material es granular son adecuados los compactadores vibratorios de tambor liso, llamados también compactadores de suelos (Fig. 13.31), dependiendo el modelo adecuado de las características del material y espesor de la capa. En estos casos el extendido puede ser con bulldozer o motoniveladora. Fig. 13.31 Compactador vibratorio de tambor único liso. ( ( f ' r ( ( (
- 318. 13.21 Peso 10-13 t 16-17 t 20 t Potencia 100 KW 150 KW 180 KW Ancho del tambor 2,10 m 2,10 m 2,20 m Carga axial Kg/cm 30 45 65 Amplitud máx. vibración J,70 1,70 1,90 Frecuencia 20/30 HZ 20/30 HZ 20/30 HZ Fuerza centrífuga 250 KN 250 KN 250 KN Tabla 13.15 Compactadores vibratorios de tambor único liso. Rango de modelos. Al aumentar la densidad por el número de pasadas, hay que vanar la frecuencia, bajándola, y si hay varias amplitudes, la última pasada debe hacerse con la menor, para dar una compactación superficial. 13.8.1 SUELOS GRANULARES. A) Sin finos. Aquellos en los que los tamaños inferiores a 0,080mm (UNE) o 75µ (ASTM) son menores del 5%. Son suelos de poca cohesión, en los que los compactadores pesados tienden a hundirse, por lo que son preferibles los de menor carga axial, dando las pasadas iniciales sin vibración. Al aumentar el tamaño y % de los gruesos, debe aumentar también la carga axial del compactador. Los espesores aumentan al disminuir los tamaños, llegando en arenas hasta 70 cm. En los compactadores se utilizan frecuencias de vibración altas y amplitudes bajas. Respecto a la humedad, debido a la menor absorción de los gruesos, tiene menos importancia la de compactación, o sea, no es tan rigurosa la Wop· En los suelos arenosos, la adicción de agua facilita tanto el desplazamiento de los granos, que a veces es un procedimiento de compactación. Esto es interesante para rellenar huecos cerca de obras de fábrica o estructuras que pueden dañarse por la acción de los compacta<lores, en las primeras tongadas del terraplén sobre e11as. En el caso de utilizar este sistema de rellenar con arena y adicción de agua, hay que asegurarse de que la arena no tenga por donde escaparse, pues de lo contrario fluiría. Esto puede presentarse en la construcción de túneles si se cortan acuíferos.
- 319. l3.22 . . . . . i . .. · · @ . . . . . . . . @ ·: ·-_. ·.·@ .·.··. @ Fig. 13.32 Colocación de arena (1), compactada con agua, alrededor de un tubo (2). (3) Geotextil En los suelos arenosos puede producirse pues el colapso por la entrada de agua que disminuye el volumen, sin que concurra un aumento de carga. Se producen entonces los socavones rompiéndose el pavimento, casos más frecuentes en ciudades, Fig. 13.33 B) Con finos. Cuando los tamaños inferiores a 80µ están comprendidos entre el 5 y el 35%. La parte fina tiene más influencia en la Margo del metro ,_____________________,, humedad, ya que los gruesos (5-20 mm) tienen poca absorción y por consiguiente la humedad óptima es más importante. Fig. 13.33 Socavón en el Metro de Munich. Los espesores son menores que en el caso anterior. hpelOm {cm) 6 25 50 " finos/Total Fig. 13.34 Husos de espesores según el % de finos. f ( ( ( ( ( ( ( '( ( (
- 320. 13.23 13.9 PEDRAPLENES. Si en la traza de la carretera hay voladuras o roca escarificada, este material se aprovecha para pedraplenes. A veces el núcleo es de pedraplén y la coronación de material granuJar. El extendido es mediante tractor de cadenas de tamaño mediano, en capas que pueden llegar hasta 80-100 cm, y excepcionalmente hasta 200 cm, utilizándose en este caso el grande. Respecto a la granuJometría se admiten tamaños máximos del espesor de la tongada siempre que queden integrados en la misma sin salir esquinas, lo cual requiere un control riguroso, y se recomienda que el tamaño máximo sea inferior a la tongada. La arena (Tamiz UNE 20) está limitada al 30% y los finos (Tamiz UNE 0,08) al 10% para evitar emigraciones a los huecos y posibles asientos posteriores. Las lajas deben ser < 30% para no dificultar la reducción de volumen de huecos de la compactación. La descarga debe hacerse a unos 2 m. del borde, empujando después el tractor (Fig. 13.35), con el fin de que no haya segregación de tamaños, al rodar más los gruesos que los otros. Antes de los pases del compactador la superficie tiene que estar bien aplanada por el tractor. La compactación se realiza con compactadores vibratorios de suelos, de tipo pesado, de 16 a 20 t., frecuencias de vibración las más bajas posibles, y amplitudes altas, mayores de 1,6 mm. Fig. 13.35 Extendido del tractor. DyC El riego de compactación depende de la naturaleza de la roca (aumenta en las blandas, R0 < 600 Kg/cm 2), climatología y funcionalidad de la obra, cuanto más humedad mejor compactación. Puede variar entre un mínimo del 5% por cuestiones de traficabilidad, hasta un 20%, habiéndose utilizado en algún caso el agua de mar. El control de compactación por Producto Terminado, consiste en la obtención de la porosidad "n", o el índice de huecos "e". Para ello se excava una macrocata con una retro y se carga el material en un camión, para posterior pesada. El volumen se mide con agua, procedente de una cisterna con contador, impermeabili?..ando las paredes con un plástico. También se puede hacer un control topográfico pesando los camiones que se van
- 321. 13.24 vertiendo y midiendo el volumen ocupado del pedraplén, obteniendo asi la densidad. Los espaldones (zona exterior o borde) deben tener un ancho de unos 4 m., y se ejecutan en tongadas menores que el núcleo (zona interior), siendo más difícil para los compactadores llegar al borde, incluso se utilizan los más ligeros. Fig. 13.36 Compactación de pedraplenes. La macrocata es también útil para comprobar la calidad del esqueleto mineral V, y la granulometria resultante, después de realizada la compactación. Si el pedraplén es de altura importante también se requiere un control de medición del asiento debido a su peso propio, el cual se realiza por topografía, oscilando entre el 0,25-1 % de la a!tura total. 13.10 MATERIAL TODO UNO. Se llama así al material no clasificado procedente de excavación, cuando tiene una granulometría desde tamaños normales de 20-30 cm., incluso los de 60 cm. pero no excediendo del 35% los >15 cm. En general son materiales que no son ni terraplén ni pedraplén. Se extiende en capas de espesor entre 1 y 1,5 del tamaño máximo. Es compactable de forma similar al material granular. El control de compactación es mediante el ensayo de placa de carga, de diámetro el mayor posible, (/> 30, 60, 80 cm., según sea el tamaño máximo y la capacidad portante exigida. También se controla la compactación con macrocatas, como si fuesen pedraplenes. Según la granulometría, y de más a menos restrictivo, los controles de compactación serían: nuclear, placa de carga, macrocata. ( ( ( (
- 322. Ref 1 2 3 4 13.25 13.11 PAQUETE DEL FIRME. Está constituído de abajo arriba por las capas que figuran en el siguiente cuadro. capa Rango espesor Extendido por Co1pactación en perfil (et) Explanada 50 -compactador vibratorio de suelos Motoniveladora de 15 t. VARIANTE A - Subbase de zahorra natural 20 - 25 - Base de zahorra artificial 20 - 25 VARIANTE B -Compactador de dos tambores - Suelo cemento 15 - 25 vibratorios de l0t. - Grava cemento 15 - 25 -Compactador de neumáticos 21-35t. Aglomerado en caliente: Extendedora -compactador liso estático l0t en - Base 8 - 12 aglomerado. - Intermedia 6 - 9 - Rodadura 4 - 6 Tabla 13.16 Paquete de firme. E] ensayo de laboratorio en las Ref. 1, 2 y 3 es el PM; en obra en Ref. 1 y 2 el nuclear de transmisión directa y en la Ref. 3 el nuclear de retrodispersión. Fig. 13.37 Compactador de dos tambores vibratorios para suelo cemento, grava cemento y mezcla asfáltica. 13.11.1 EXPLANADA. Esta es una capa muy importante ya que sus capas superiores son caras, y debe ser
- 323. 13.26 extendida lo más precisa posible en espesor, sin pasarse de la cota, porque cualquier desigualdad negativa en los varios Km. de un tramo de carretera, representa muchas toneladas de material de la capa superior, que constituyen una partida que se gasta innecesariamente y que debe ahorrarse. Este es un motivo económico y también hay otro técnico, porque la regularidad superficial de cada capa influye en la siguiente superior, y así hasta la rodadura, que es la que da la calidad al usuario. Por otra parte, al ser el cimiento del firme, las especificaciones de compactación y controles deben ser más rigurosos, recomendándose además del nuclear la placa de carga. Interesa, pues, que la nivelación sea lo más perfecta posible y se utilice una motoniveladora dotada de los últimos adelantos de nivelación, que en este momento es el sistema de ultrasonido, porque no hay contacto con el hilo de nivelación de la capa. La motoniveladora realiza un refino de precisión con unas seis pasadas y precisión ± 1 cm. En los casos en que se coloque firme de hormigón hidráulico sobre la explanada, puede ser más conveniente nivelar con refinadora o Trimmer en vez de motoniveladora, porque la refinadora puede nivelar en el ancho total de la extendedora de hormigón de 10 m. y además requiere menor habilidad para el maquinista que una motoniveladora. Si se puede disponer de esta máquina, resulta más precisa y simple de manejo que una motoniveladora para utilizarla en la explanada, aunque el firme no sea de hormigón hidráulico. ffs X/ Fig. 13.38 Niveladora refinadora Trimmer. Refinadora de base Gomago 8500B, Cat TR-500. 13.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES. Lo dicho anteriormente sobre la importancia de la nivelación en la explanada vale para las capas superiores, es decir, son rentables las extendedoras con los perfeccionamientos disponibles en el mercado que sean capaces de colocar los espesores del firme lo más próximos a los del proyecto. ' ( • ( f (
- 324. 13.27 13.12 UTILIZACIÓN DEL COMPACTADOR DE NEUMÁTICOS Y EL DE DOS TAMBORES VIBRATORIOS. La rapidez que se consigue en la compactación con los compactadores vibrantes ha desplazado el efecto en profundidad que tiene el compactador de neumáticos y su utilización queda reducida a una mejora de la calidad superficial, por un efecto de amasado. Esta acción es importante y muchas administraciones lo exigen en la compactación de suelo cemento y grava cemento, formando parte del equipo de compactación con los compactadores vibratorios de doble tambor, que son los que se utilizan para las mezclas asfálticas. Fig. 13.39 Compactador de 7 neumáticos, 21 t. El compactador normal de neumáticos tiene una carga por rueda de 3 t. La velocidad de trabajo es ~ 6 Km/h. Compactador Carga+ lastre Ancho compactación N 2 de ruedas Carga máx. por rueda de a 21 t 1800 mm 7 • 3 t neumáticos 30 t 2500 mm 9 • 3 t 1 35 t 2100 mm 7 ~ 5t • Suelo cemento y aglomerado *Grava cemento y capas muy gruesas de aglomerado Compactador Peso Ancho compactación N 2 de tambores Carga axial Kg/cm de dos a 10 t 1600 mm 2 30 tambores 1 16 t 2100 mm 2 37 vibratorios Amplitudes Capas 0,15 - 0,4 mm * Capas finas 5-6 cm de aglomerado 0,4 - 0,8 mm ** Capas gruesas 8-12 cm de aglomerado *** Suelo cemento y grava cemento *Si tiene varias amplitudes, elegir la menor. ** Si tiene sólo dos amplitudes, tomar la mayor. Si tiene varias, tomar 0,4 mm ***Tomarla mayor de las que tenga Tabla 13.17 Equipo de compactación. a Modelos más utilizados.• Modelos de más producción.
- 325. 13.28 13.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS. 13.13.1 TIERRAS. 13.13.1.1 NÚCLEO. Si el material es fundamentalmente arcilloso, como es el caso más frecuente, es válido lo referido en el apartado 13.3 utilizándose los rodillos pata de cabra y compactadores de alta velocidad con pies tamping en extendidos de 25-40 cm. y 20-30 cm. en perfil (compactado). Si hay riesgo de lluvias al finalizar la jornada se sella la tongada con rodillo liso y al reanudar el trabajo se rompe la superficie lisa con el pase del pata de cabra. La pluviometría puede reducir los meses de extendido si la humedad natural es muy superior a la óptima, y también influye en la traficabilidad de las máquinas. A veces se recurre a las gradas de disco para orear el núcleo y disminuir su humedad. Las densidades son más exigentes que en carreteras, y se extienden capas de igual o menor espesor. 13.13.1.2 ESPALDONES. Si el material es conglomerado se compacta con rodillos vibratorios lisos. El extendido es con un tractor mediano en capas de unos 60 cm. y 50 cm. en perfil. La humectación es un problema importante en estas presas de tierras, porque el riego con cisterna no penetra bien en estos espesores y el gran número de cisternas necesarias complica el tráfico. Es preferible la humectación en cantera, con arranque mediante tractores en vez de retroexcavadora, regando con cañones delante de la hoja empujadora; este sistema requiere una balsa y red de tuberías del tipo de riego por aspersión. Cuando el material es grava o escollera, la climatología no influye en el extendido, salvo fuertes lluvias o heladas. Con estos materiales y en el caso de núcleos inclinados se puede adelantar la elevación del espaldón contrario a la inclinación cuando no se está en la estación de las arcillas del núcleo. El otro espaldón puede ir subiendo a cota inferior que el núcleo. Si se utilizan traíllas se riega delante del corte. 13.13.2 ESCOLLERA. La altura de las tongadas puede ser entre 0,5 y 2,5 m. siendo el tamaño máximo de la piedra aproximadamente el 70% de la altura de la tongada, pero es válido lo dicho anteriormente en pedraplenes. Los finos son necesarios para la compactación y crear una superficie superior de la tongada de forma que los compactadores no trabajen sobre las esquinas y puntas de la escollera. Terminada la compactación de cada tongada se lanza un chorro de agua a presión de 2-4 atm. con monitores para arrastrar los finos al interior y formar una zona rugosa de contacto entre tongadas. ( ( ( ( ( ( ( ( ' ''( ( ( (
- 326. 13.29 El tamaño de la piedra depende de la capacidad del cazo de las cargadoras, que debe ser el triple del volumen de la piedra, y ésta a su vez condiciona la capacidad de los dumperes, que conviene tengan un volumen entre 4 y 5 cucharas de la cargadora. Piedras de 1 m. requieren cargadora mínima de 3 m3 y dumperes mínimos de 20 t., resultando tongadas de 1,5 m. que se extienden y refinan con tractor o con retro. 13.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES. La Tabla 13.18 resume rangos para distintos materiales referidos al ensayo PM. El % de humedad es referido al peso seco. Tipo de 1aterial Espesor Densidad seca H111edad ópti1a Método control tongadas (et) d (t/13) PM Wap % co1pactación. Pedraplén 50 - 100 n= 12-17% huecos Agua 10 -20 Macrocata Todouno 40 - 80 2 - 2,2 5 - 9 Placa de carga Suelo granular 40 - 80 1,9 - 2,1 6 - 10 Nuclear Zahorra 30 - 40 2,1 - 2,3 8 - 12 Nuclear Arena arcillosa 25 - 40 1,8 - 2 8 - 10 Nuclear Arena limosa 20 - 30 1,9 - 2,1 8 - 10 Nuclear Limo arenoso 25 - 35 1,7 - 1,9 8 - 11 Nuclear Limo 20 - 25 1,6 - 1,8 10 - 12 Nuclear Limo arcilloso 20 - 25 1,5 - 1,8 12 - 16 Nuclear Arcilla 20 - 25 1,5 - 1,7 16 - 30 Nuclear Tabla 13.18 Rango de espesores compactados, densidades y humedades para distintos materiales. 13.15 RANGO DE ESPESORES, SUELOS Y MÉTODO DE COMPACTACIÓN EN MOVIMIENTO DE TIERRAS. Pata de cabra Vibratorios Espesor compactado (cm) 20 - 30 25 - 60 Velocidad de trabajo (Km/h) 7 - 10 2-4 Nº de pasadas 5 - 8 4-8 Tab1a 13.19 Esquema simplificado de método de compactación y compactadores.
- 327. 13.30 Pedraplén 1Todouno 1 Granular 1 Limos Arena arcillosa j Limos, arcilla 1 Arcilla Vibratorios Pata de cabra vibratorios Pata de cabra Tabla 13.20 Esquema simplificado de suelos y máquina de compactación. 13.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN. Debe tener una longitud de unos 150 m. Es útil si hay grandes volúmenes de materiales homogéneos. Puede ser en la misma traza con autorización de la dirección de obra. El objeto del mismo puede ser determinar: a) La humedad necesaria b) Número de pasadas, cuando el espesor de la capa es fijo c) El espesor, cuando éste no está fijado en el pliego de condiciones d) Características del compactador, cuando éste es vibratorio, tales como frecuencia y amplitud. e) Comparación de varios compactadores para determinar el más favorable, obtención de densidad, producción y asientos. En este caso hay que hacer un tramo para cada uno. Hay muchos casos en que los materiales son uniformes, como son las subbases, bases y núcleos en el caso de presas y en ellos está justificada la conveniencia de hacer un tramo de prueba. Cuando los materiales son cambiantes, se hacen ensayos granulométricos, lúnites de plasticidad y Proctor con el material de todos los tajos y como máximo cada 2 días para determinar la densidad y humedad óptima, variándola ± 1 ó 2 puntos del lado de la curva, seco o húmedo, que interese geotécnicamente. Normalmente el PN es para suelos. Con algunos tipos de arcillas, o en el caso de núcleos de presas, puede ser más conveniente pasarse al lado húmedo para evitar hinchamientos posteriores o saturar para contrarrestar presiones en el fracturamiento hidráulico producido en la puesta en servicio, así como aumentar la capacidad portante de la arcilla, la cual del lado seco es baja. ( ( ( ( ( '( r { ' ( { ( ' ( (
- 328. 'º JO E E "' "' ::: so z w "' <( 'º 'º 'º 13.31 2 - - - TRAMO DE EQUIPOS PARA PRUEBA # EXTENS . lcOM PACT . RODILLO 1 VIBRANTE BULLOOZE• ll so 2 LEBRERO RAHILE 160 3 PATA RODILLO VIBRANTE DE L1 SO CABRA LEBRERO 4 RAHILE 185 TT 'º lO NUMERO DE PASADAS DOBLES ESPESOR OE CAPA (mi 0 . 60 0 .60 < 0.60 irrrgulor 0. 50 Fig. 13.40 Pruebas de compaclación. Gran terraplén Nafa-Sur. FUENTE A. Soriano La Fig. 13.40 se refiere a un terraplén del AVE de 45 m. de altura, con material fundamentalmente pizarras. El tramo 3 se hizo con espesor antes de compactar 30 cm., dando 3 pasadas de pata de cabra para trocear bien el material y 4 pasadas posteriores de rodillo vibrante liso, midiéndose asientos menores. Éste es un ejemplo de conclusiones al realizar un tramo de prueba. Cuando se trata de oblener el espesor más favorable, Fig 13.41, se construyen escalones determinándose en cada uno el número de pasadas necesario para obtener la densidad especificada, y si ésta se alcanza, se calcula la producción correspondiente, delerminándose así cual es la máxima. 20 25 30 40 Fig. 13.41 Tramo de prueba. Ejemplo de escalones. También se hacen carriles con distintas humedades y pasadas, Fig. 13.42.
- 329. 13.32 ..e a fig. 13.42 T<amo de P,-ueba. Ejemplo de cambio, de humedades y n• de pasada. La fórrnula de la producción es: p (m'/ h) , ~ X L (m) X V (m/h) X K,_ X fh e, espeso, de la capa de,pué, de -pactada, o sea, en pe,fil L: longitud del tambor K 1 : coeficiente de solape entre pasadas e1 espesores N: número de pasadas V: velocidad de trabajo fh : factor eficiencia horaria PS Fig. 13.43 Cun,a, de densidades y p,o<Jueción en función de espe,ore, a,. cte. del compactado,. ( ( ( ( ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 330. 13.33 Para un compactador determinado, de un ancho L, y a una vcJocidad constante para la prueba, para cada número de pasadas, se obtiene una curva de densidades para distintos espesores (Fig. 13.43). La curva d3 da 1a densidad para un valor supuesto de N =3 pasadas, en la que normalmente al aumentar el espesor, disminuye la densidad alcanzada. Si se aumenta el ni? de pasadas (energía en obra), aumentará la densidad, y se obtendrán sucesivamente las curvas d4 (N =4) y d5 (N=5). Por otra parte, la producción, para un valor fijo de N, será P corresponderá a las rectas P3 (N =3), P4 (N=4) y P5 (N=5). K x e, luego Si se quiere conseguir una densidad determinada d1, ésta podrá alcanzarse con el espesor ei, obteniendo una producción máxima, Punto Pl, en la intersección con la recta P3 (N =3). En el espesor c2, la producción máxima será el P2 en la intersección con P4. En el espesor e3 sería el P3• Uniendo los puntos Pi, P2 y P3 se tiene una curva que dará un máximo (espesor e', N entre 3 y 4: se toma 4). Variando las velocidades se obtienen nuevas curvas. Para cada compactador hay que hacer, evidentemente, nuevos tramos. El interés del tramo prueba está también en relación con sus resultados en el aspecto económico, y el valor de los compactadores a utilizar. Para los valores de las densidades debe tomarse la media de un número suficientemente importante de ensayos, y en puntos adecuados para que sean lo más representativos. El cálculo de la producción puede hacerse también estudiando un ciclo completo. Para ello se considera una longitud determinada, ancho y espesor final y se obtiene por consiguiente la capacidad, C, del compactador. El tiempo t del ciclo será el utilizado en dar las pasadas necesanas. 60 p = C X X fh t Siendo: C = ancho x espesor x distancia = I x e x d el tiempo del ciclo: l = Nº de pasadas x t de cada pasada N x d / V sustituyendo: V p = ] X e X d X - - - X fh = Nxd 1 X e X V N X fh En realidad habría que considerar en el te los tiempos invertidos en los cambios de sentido y durante los recorridos en el material compactado para cambiar de carril, pero se pueden englobar en el coeficiente fh cuando se emplea la fórmula.
- 331. 13.34 13.17 CASOS PRÁCTICOS Y EJERCICIOS. C. P. 13.1 Rendimientos de obra: - Compactador de alta velocidad con pisones de 32 t, capas de 25 cm, 450-500 m3/h. - Extendido material de terraplenes y compactación "-'80 pts/m 3• - Rodillo vibratorio de suelo de 10 t, 200-300 m3/h. - Extendido de grava cemento: 1 Extendedora con regla de 10 m. de ancho. 2 Compactadores tándem vibrantes de 15 t. 1 Compactador de neumáticos de 5 t/rueda. Produción del equipo: 600 t/h. - Extendido de aglomerado: 1 Extendedora de 10,5 m. 2 Compactadores tándem vibrantes de 10 t. 2 Compactadores neumáticos de 3 t/rueda. Producción del equipo: 180 ml/h. EJERCICIO 13.2 Se va a realizar al extendido nivelación y compactación de un material granular de factor de esponjamiento 0,8 y se exige una producción mínima en volumen en perfil de 5000 m3/día, con un horario de trabajo de 11 horas/día. Los camiones que suministran el material son de 16 m3, la máquina niveladora extiende camión por camión, en tongadas de un ancho de 3,5 m y un espesor de 25 cm., siendo necesarias 6 pasadas sin considerar el retorno. La velocidad de trabajo es de 7 Km/h y la velocidad de retroceso 16 Km/h. El tiempo de maniobras es de 10 segundos. Para la compactación se utiliza un rodillo vibratorio de 15 t y 2,15 m de anchura, siendo necesarias 4 pasadas realizadas a una velocidad de 3 Km/h. Calcular cuantas motoniveladoras y rodillos vibratorios se necesitan. Se supone un coeficiente de eficiencia horaria de 0,83. La compactación tiene un coeficiente de solape de 0,9. Solución: a) Producción de la motoniveladora: Se necesita una producción en material suelto de : P = (500 / 11) x (1 / 0,8) = 568 m3 L/h Como la máquina niveladora extiende camión por camión, en tongadas de 3,5 de ancho y un espesor de 25 cm, la longitud de extendido será: 16 m3 = 3,5 x 0,25 x L; L = 18,29 m Cálculo del tiempo del ciclo: v ida = 7 Km/h = 1,94 m/s ( ( 'f ( t ( ( ( ( ( (
- 332. 13.35 V,01 = 16 Km/h = 4,44 m/s l;da = L / V ida = 18,29 / 1,94 = 9,43 s l,cr = J / Y rct = 18,29 / 4,444 = 4,12 S tfijo = 10 S t rota! = 23,55 S tiempo del ciclo = t,01ai x n2 de pasadas = 141,3 s P = (volumen / ciclo) x (n2 ciclos / hora) p = 16 X (3600 / 141,3) X 0,83 = 338,3 m3/h Se tendrá que trabajar con dos motoniveladoras: P = 2 x 338,3 = 676,6 m3 L/h mayor que 568 m3 L/h b) Producción del rodillo vibratorio: Se necesita una producción en perfil de 5000 / 11 = 454 m3 b/h La producción de un compactador viene dada por la expresión: donde: quedará por tanto: P = .!!_ X ] X V X K X fh N e: 0,8 X 0,25 = 0,20 N: 4 pasadas l: 2,15 m (ancho del rodillo) V: 3 Km/h K: 0,9 (coeficiente de solape) fh: 0,83 p = (0,20 / 4) X 2,15 X 3000 X 0,9 X 0,83 = 241 m3 b/h Se necesitan dos compactadores: P = 2 x 241 = 482 mayor que 454 EJERCICIO 13.3 Se forma un terraplén de 16000 m3 con una altura de 4,5 m y un terreno mixto granular- arcilloso con objeto de formar una presa en un lago artificial de un club de golf. La compactación se realiza con un rodillo vibratorio de 15 t, con patas de cabra con una altura de patas de 20 cm y un ancho de 2,15 m. Se pide estimar cuántos días son necesarios. Solución: Se estima un espesor de tongadas de 15 cm, para que la altura de tongada sea 3/4 de la altura de las patas y sean necesarias menos pasadas, que se evalúan así en 4. Se supone un K = 0,8. La producción de un compaclador viene dada por la expresión:
- 333. donde: 13.36 e P = N X 1 X V X K X fh e: 0,8 X 0,15 = 0,12 N: 4 pasadas 1: 2,15 m (ancho del rodillo) V: 3 Km/h K: 0,8 (coeficiente de solape) fh: 0,83 quedará por tanto: p (0,12 j 4) X 2,15 X 3000 X 0,8 X 0,83 = 128 m3 b/h Suponiendo jornada de 8 horas, se necesitarán: 16000 / (128 x 10) = 13 días APÉNDICE 13.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACIÓN (MÉTODO FRANCÉS). Admite la siguiente alternativa de control de compactación, a) Por densidad ó método convencional de producto terminado. Define el % de densidad Proctor para distintas partes de terraplén, explanada, y suelos sensibles al agua (lote de control). b) Control continuo o del Procedimiento utilizado. Para ello se basa en una clasificación francesa del suelo A,B,C,D según utilización y subclasificaciones. Para cada tipo de suelo compactado se fija el espesor máximo de la tongada y en lugar de especificar o controlar el número de pasadas, lo hace por el parámetro Q/S siendo: Q = Volumen se suelo compactado en un tiempo determinado S = Superficie cubierta o barrida por el compactador en ese mismo tiempo S L x D donde: L = Ancho del compactador D = Distancia recorrida controlada por un cuentakilómetros colocado en el compactador Los compactadores se clasifican según la tabla: ( ( ( ( ( ( f ( ' (
- 334. 13.37 Neumáticos Vibratorios Pata de cabra Tipo Carga/rueda Tipo Carga axial Tipo Carga axial t Kg/cm·l Kg/cm ·l P1 2,5 a 4 Vl 15 a 25 PD1 30 a 60 P2 4a6 V2 25 a 35 P3 > 6 V3 25 a 45 V4 45 a 55 PD2 > 60 V5 > 55 Veloc. < 6 Km/h Veloc. 2 a 3 Km/h Veloc. 12 Km/h Tabla 13.21 Clasificación francesa de tipo de compactadores y velocidades. Para cada tipo de sucios, desarrolla una tabla con las siguientes notaciones: 1ª cifra (espesor de las capas) Signos O: Máximo posible ~ F 1: Delgadas, máximo (15-30 cm según capas) (==:::::J ~ 2: Medias (25-50 cm según capas) 2ª cifra (intensidad de compactación) Signos O: Intensa _J1L 1: Media _41_ 2: Débil _ill_ Tabla 13.22 Notaciones. Método francés de compactación. Fuente 1. Morilla y de acuerdo al tipo de compactador, asigna los valores de 0/S y del espesor e. El sistema de control de Q/S es más sencillo que el del número de pasadas.
- 335. 13.38 APÉNDICE 13.2 Ensayos referenciados en el texto y normas correspondientes. Ensayo Norma PN NLT-107176 PM NLT-108176 Humedad NLT-102 Cono de arena NLT-109172 Carga con placa NLT-357186 Huella SNV-670365 Indice MCV Inglesa TRRL año 1976 Equivalencias de unidades de presión de S.I. y métrico (K=mil, Mega=un millón). Pa = N/m 2 "' 10·5 Kg/cm 2 KPa "" 10·2 Kg/cm 2 MPa = 10 Kg/cm 2 1 Kg/cm 2 = 10 t/m 2 "" 100 KPa =10·1 MPa 1 Kg/cm 2 "' 102 KN/m 2 Equivalencias de tamices. Tamiz UNE 40 20 10 5 2 0,40 0,08 10·1 MN/m 2 Tamiz ASTMz l½" 3/ 4" 3/e" nº 4 nº 10 nº 40 nº 200 (75µ) La abertura del tamiz UNE es la misma cifra en mm. ( ( ' ( ( ( ( ( '' ( (
- 336. 13.39 Equivalencias de unidades de presión de S.I. y métrico (K = mil, Mega = un millón). Pa = N/m 2 "" 10·5 Kg/cm 2 KPa "' 10·2 Kg/cm 2 MPa = 10 Kg/cm 2 1 Kg/cm 2 = 10 t/m 2 "" 100 KPa = 10·1 MPa 1 Kg/cm 2 "" 102 KN/m 2 Equivalencias de tamices. Tamiz UNE 40 20 10 5 2 0,40 0,08 10·1 MN/m 2 Tamiz ASTMz 11;; 3// 3/ s" nº 4 nº 10 nº 40 nº 200 (75µ) La abertura del tamiz UNE es la misma cifra en mm.
- 338. 14.1 CAPÍTULO 14 ANEXO I. INTRODUCCIÓN A LA COMPACTACIÓN VIBRATORIA Se exponen los conceptos básicos que permiten progresar las técnicas de aplicación de los compactadores vibratorios. 14.1 MODOS DE COMPACTACIÓN. Existen básicamente cuatro formas de compactar los suelos, según el efecto predominante (Fig. 14.1) o combinación de los mismos, a los que se corresponden distintos tipos de compactadores, Tabla 14.1. Peso estático Impacto Amasado Vibración Fig. 14.1 Formas de compactar. Peso estático (s) Antigua apisonadora -triciclo 15-20 l _ l+- ldem tándem 8-10 l _ Amasado (p) Y (sp) _compacladores de neumáticos 21-35 1 _ 1 i---Rodillos pata de cabra remolcados 5-10 t_ 1 Impacto (pq) _ Pisones 70-90 Kg __ Vibración (v) Planchas vibrantes ¡..---50-300 Kg_ ¡._ Compactadores autopropulsados pata de cabra 20-32 t ____....,.1 1 ,..-____Compactadores vibratorios pata de cabra 16-20 t - i Compacladores vibratorios ,.,-____ de tambor liso 10-20 t ____,-~11 1 Tabla 14.1 Formas de compactar y compactadores
- 339. 14.2 14.2 SISTEMA DE VIBRACIÓN DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS. Un compactador vibratorio (Fig. 14.2) tiene un Lambor de masa M0 (Masa vibrante), en cuyo interior (Fig. 14.3) hay un eje provisto de una masa excéntrica, m, que al girar a un número determinado de revoluciones, w, produce una fuer:,.a centrífuga, Fe, la cual origina la vibración del cilindro. Fig. 14.3 Cilindro M0 • Fig. 14.2 Compactador vibratorio de suelos. El movimiento vibratorio pasa a través de los discos laterales del cilindro al tambor o chapa curvada, y desde ésta se transmite al suelo. El tambor vibranle completo con su eje, está suspendido flotante en ambos lados por medio de unos amortiguadores constituídos por varias placas sandwich de hierro-goma-hierro vulcanizadas que impiden el paso de las vibraciones al bastidor (masa aislada). Una placa de hierro de] sandwich está atornillada al tambor y la otra al bastidor. El perfecto estado de estos amortiguadores es importantísimo para el correcto funcionamiento del compactador vibratorio, y constituyen una parte esencial de vigilancia. 14.3 PARÁMETROS DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS. Fig. 14.4 A =Unidad motriz B = Unidad vibrante Para designar los parámetros que intervienen se utiliza la terminología de las Normas Europeas, para Compactadores vibratorios y Compactadores de suelos, del Comité para Equipos ( f ( '( '( ' '( ( ' (
- 340. 14.3 de Construcción Europea (CECE) Sección III. PARÁMETROS SÍMBOW UNIDADES Paráletros geonétricos -Diámetro del tambor D cm -Longitud de la generatriz vibrante L cm Paráletros ponderales o estáticos -Peso operacional: peso total de la máquina M Kg -Masa vibrante Mo Kg -Carga axial sobre el rodillo vibrante: Parte de la masa total M, ejercida sobre el suelo por el rodillo vibrante Ml Kg -carga axial en el ancho de compactación M 1/L Kg/cm -Número de Nijboer < 0,25 M 1/(lxD) Kg/cm2 Parámetros dinámicos -Frecuencia de la vibración f Hz -Fuerza centrífuga, Fe= mr w 2 , w=nQde rpm. Fe N -Amplitud nominal, o teórica en el aire, A 0 = mr/M 0 Ao mm Tabla 14.2 Parámetros de un compactador vibrante de suelos. 14.4 FRECUENCIA DE VIBRACIÓN. El movimiento vibratorio del cilindro es una armónica sinusoidal con una amplitud y una frecuencia, Fig. 14.5. e "O .5 :g :g > o :e y-ASenwt w • 2lTf A = Amplitud f = frecuencia w = vetoc. angular = 2Jrf (rad/s) .. = long. de onda (m) T = Período (seg) Fig. 14.5 Armónica del movimiento vibratorio. La frecuencia de vibración del cilindro es la misma que la velocidad de rotación del eje excéntrico, w, pero con un determinado desplazamiento de fases. La vibración del cilindro produce la del suelo, que tiene también la misma frecuencia,
- 341. 14.4 aunque con otro determinado desplazamiento de fases. 14.5 FRECUENCIA DE RESONANCIA. Los suelos reaccionan de distinta forma a distintas frecuencias de vibración. Cada suelo tiene una frecuencia de vibración propia de resonancia y se ha comprobado experimentalmente que si se vibra a su frecuencia de resonancia se consiguen las densidades máximas, lo que supone que los desplazamientos o amplitudes de movimiento son los máximos. Las frecuencias naturales de materiales de suelos han sido conocidas mediante ensayos por el profesor Converse en 1957 y publicadas por la ASTM (boletín n2 156), Tabla 14.3. Tierra de relleno suelta Materiales de base escogidos Mezclas arena arcilla 1100 a 1150 1150 a 1300 1200 a 1300 1300 a 1400 1300 a 1400 1400 a 1600 Arena mediana limpia Gravilla con piedra Arena gruesa limpia Tabla 14.3 Frecuencias de resonancia. De lo anterior se deduce que hay que procurar vibrar a la frecuencia más próxima a la de resonancia del suelo en cuestión (los casos de excepción son las descompactaciones en suelos de resonancia aguda). Sin embargo la dificultad está en variar la frecuencia de vibración automáticamente en cada pasada, ya que al ir compactando cambian las condiciones del suelo. 14.6 AMPLITUD DEL MOVIMIENTO VIBRATORIO. 2 A0 AMPLITUD Fig. 14.6 Movimiento vibratorio del tambor. Cuando el tambor vibra, éste se desplaza en un movimiento hacia arriba y hacia abajo. Esta distancia vertical se denomina amplitud (2A0 ), Fig. 14.6. Dado que no es posible conocer la amplitud del sistema cilindro-suelo, se toma como referencia la amplitud del cilindro (masa aislada), supuesto en el aire. ( ' '( ( ,- ( ( { ( ( ( { ( ( {
- 342. 14.5 14.6.1 DETERMINACIÓN DE LA AMPLITUD NOMINAL A0 • , ... - -.... Fig. 14.7 Obtención de A0 • Sea el cilindro de masa M0 y centro de gravedad O, y una masa excéntrica de masa m y centro de gravedad Gm, con excentricidad r, que gira también alrededor de O. El centro de gravedad del conjunto está en GM. (Fig. 14.7). Si gira la masa excélrica, se desarrolla una fuerza centrífuga Fe = m x r x w2 que pasa por el eje o, y que tiene su reacción en este eje, siendo ambas fuerzas interiores al sistema, por consiguiente, el movimiento de las masas excéntricas no modifica la posición de GM. Para que esto se cumpla, el desplazamiento del cilindro debe ser en sentido contrario al de las masas excéntricas, osea cuando GM describe una circunferencia de radia r, el centro de gravedad del cilindro O describe otra de sentido inverso y de radio A0 tal que: m X r = Mo X Ao - Aº= m X r / Mo El movimiento vibratorio del tambor, está pues, en desfase con la masa, y su valor máximo es n, que corresponde a la máxima amplitud para la frecuencia próxima a la de resonancia. La amplitud teórica o nominal, no depende, pues, de la frecuencia de vibración f. La amplitud real si, y cuando la frecuencia es próxima a la de resonancia f" alcanza su valor máximo. A La Fig. 14.8 representa la variación de la amplitud A en relación a la f/f ,. o Al aumentar las frecuencias, ocurre que al suelo le resulta difícil seguir el movimiento y disminuyen las amplitudes hasta el valor asintótico Aa. Fig. 14.8 Variación de amplitudes reales según f/f, Suelos arenosos La Tabla 14.4 presenta un rango de amplitudes. Suelo cemento, grava cemento Mezclas asfálticas 1,6 · 1,9 mm "'1 mm 0,2 - 0,8 mm Tabla 14.4 Rango experimental de amplitudes de compactadores vibratorios.
- 343. 14.6 Cuanto mayores sean los espesores a compactar convienen amplitudes más grandes, por consiguiente son más favorables los compactadores cuanto más amplitudes tengan. Al aumentar la compactación con el número de pasadas, lo hace también la rigidez de la capa, por consiguiente conviene disminuir la amplitud de vibración, es decir de más a menos, según número de pasadas. 14.7 FUERZA CENTRÍFUGA Y FUERZA APLICADA. Cuando el tambor desciende en su movimiento, las fuerzas que transmite al suelo son: - la que ejerce la gravedad, M1. - la componente de la fuerza centrífuga sobre la vertical, cuyo valor máximo es, Fe = m X r x w2 = A 0 x M0 x w2 Sin embargo debido al desfase entre el movimiento ondulatorio del cilindro y el giro de la masa excéntrica, ambas fuerzas no tienen por que coincidir en el mismo sentido y sumarse algebraicamente. Incluso el cilindro puede estar en despegue, en el aire, cuando la Fe está en su máximo hacia abajo. Por eso no tiene utilidad llamar fuerza dinámica o fuerza aplicada a la suma de las fuerzas M1 y Fe· Estas tienen interés en el impacto que se verá posteriormente. 14.8 IMPACTO Y ONDAS DE PRESIÓN. El cilindro en su movimiento oscilatorio experimenta unos desplazamientos verticales, levantándose del suelo (despegue), ya que éste no puede seguirle, y acumula una energía potencial, que se transforma en energía cinética de caida. Esta se convierte en energía de impacto en el contacto con el suelo. .. Fig. 14.9 Ondas de presión. El nº de impactos por segundo coincide con la frecuencia f del movimiento vibratorio. Esta sucesión de impactos propaga por el suelo unos trenes de ondas de presión, en forma de ondas esféricas, con una velocidad de propagación, que depende de la rigidez del suelo. Estas ondas de presión, que son muy superiores, por ser instantáneas, a las producidas únicamente por el movimiento oscilatorio del sistema tambor-suelo, ocasionan la rotura de la estructura inicial del suelo y una nueva f ( ( ' ( 'r ' '' ' ( ( ' {
- 344. 14.7 reordenación de sus partículas en otra más cerrada. Las presiones y deformaciones desarrolladas por las ondas de presión están desfasadas entre sí, en función creciente con la rigidez del suelo. Si se compacta una capa de material sobre otra ya compactada, las ondas de presión al llegar a otra más rígida, se reflejan con otra onda de presión de menor intensidad. Fig. 14.10 Reflexión de las ondas de presión. La intensidad de esta onda depende de la energía absorbida, de la rigidez de la capa inferior y del espesor. Si éste no es grande, puede suceder que descompacte las zonas superficiales. Consecuencias: - la energía del impacto debe ser proporcional al material y espesor de la capa. - mayor energía requiere mayor espesor de la capa. Para que no haya rebote por reflexión y se absorba la energía, la capa debe ser capaz de conseguirlo. 14.9 ESPACIAMIENTO DE LOS IMPACTOS. El espaciamiento de los impactos depende de la velocidad a que se desplaza el compactador y de la frecuencia de los impactos. e=vxt= 1 V X f Para una determinada velocidad, cuanto más alta es la frecuencia, menores son los espaciamientos o más próximos están los impactos.
- 345. Fig. 14.11 Impacto por unidad de longitud. 14.8 FRffl.lOCIA ={' Fig. 14.12 Espaciamiento del impacto. Las velocidades más lentas compactan tongadas más difíciles, (mayor espesor o dificultad) debido a mayor duración del tiempo de vibración. Las velociades están comprendidas entre 1-4 Km/h según materiales y espesores. Fig. 14.13 Velocidad lenta. Fig. 14.14 Velocidad rápida. e=espaciamiento de vibraciones En la transmisión de las ondas de presión y del movimiento vibratorio tiene importancia la superficie de contacto entre el tambor y el suelo, y cuanto mejor y mayor sea ésta, también lo será aquella. Por consiguiente, cuanto mayor sea el diámetro del tambor vibrante1 mejor será la compactación por vibración. 14.10 EFECTOS PRINCIPALES QUE PRODUCE LA VIBRACIÓN EN EL SUELO. Reducción del rozamiento interno, produciendo una estructura más cerrada (Fig. 14.16). - Sobrepresiones dinámicas ejercidas por las ondas de presión creadas por los impactos. La eficacia de la vibración depende de: - Las características del suelo - La amplitud de vibración - La energía de las ondas de presión. - El espaciamiento de los impactos. f ( t ( 'r ( ( ( '( ( ( ( ( ( ( (
- 346. 14.9 Compactación estática Posible efecto puente Compactación vibratoria Efecto de la reducción del roz. interno Fig. 14.15 Reducción del rozamiento interno por la vibración. 14.11 SISTEMAS VIBRATORIOS. 14.11.1 VIBRACIÓN CIRCULAR. El tambor soportado por una suspensión flexible es libre para moverse en todas direcciones. Es el modelo normal. Se consigue una mayor compactación en superficie que en profundidad. ~I Fig. 14.16 Vibración circular polidireccional. 14.11.2 DOBLE VIBRACIÓN CIRCULAR. Tiene lugar cuando dos tambores con vibraciones circulares trabajan muy próximos. Las ondas se componen alcanzándose una onda de mayor amplitud y parecida frecuencia a la mitad de distancia.
- 347. / - / ,J. .. J ' Fig. 14.17 Composición de ondas en compactadores de doble tambor vibratorio, con vibración circular. 14.10 Aumenta el efecto: ~80% en suelos 50% en asfalto Fig. 14.18 Compactador de doble tambor vibratorio. APÉNDICE 14.1 COMPACTADORES DE ALTO IMPACTO. Existe una nueva generación de compactadores de Alto Impacto creados por la marca Rabile, en los que se consigue, como consecuencia de la teoría correspondiente, una amplitud mayor que en los convencionales. La teoría del impacto consiste en que a la vez que se levanta el rodillo del suelo, acumula una energía potencial que se transforma en cinética, transmitiéndose al suelo en su caída. Como la 1 2 x M x v 2 , en esta teoría se aumenta lo más posible la velocidad de caída, disminuyendo la masa. Para aumentar la velocidad de caída se necesita mayor recorrido del golpe, o sea de la amplitud, y también se disminuye el n2 de golpes, o sea la frecuencia. Así la energía cinética en cada impacto es mayor, y el compactador disminuye su masa total, resultando una máquina más ligera, con menos potencia, pero con más energía de compactación en capas gruesas, que es su aplicación, reduciendo el número de pasadas respecto a los convencionales. APÉNDICE 14.2 MEDIDOR CONTÍNUO DE COMPACTACIÓN. Existen instrumentos colocados en los compactadores vibratorios que orientan al operador sobre el estado de compactación del terreno, y cuando debe suspender el número de ( ' '( ( ( ( ( ( ( f ( ( ( ( l ( (
- 348. 14.11 pasadas. Existen diferentes sistemas según los fabricantes. Uno de ellos llamado "compactómetro", consta de: - un acelerómetro colocado en el tambor vibratorio - un microprocesador - un reloj analógico o indicador de resuJtado colocado en la consola del operador El acelerómetro registra la aceleración vertical del tambor al impactar sobre el material y cuanto mayor sea su rigidez (al aumentar la densidad por el número de pasadas) lo será la componente vertical de la aceleración. La Fig. 14.19 indica los tipos de ondas que se van deformando con el número de pasadas. El microprocesador calcula el cociente entre la amnplitud del 1er armónico de la onda deformada y la amplitud de la sinusoide descrita por el eje del tambor en la 1ª pasada. Este cociente aparece en el reloj analógico y cuando es máximo, lo es la rigidez del suelo, y por tanto el nivel de consolidación alcanzado. Es necesario calibrar el instrumento y mantener uniforme el material, así como la velocidad del compactador y sus características dinámicas, frecuencia, amplitud. Fig. 14.19 Compactómetro sobre compactador vibratorio. Ondas deformadas según nº de pasadas: 1, 6, 12.
- 349. 14.12 BIBLIOGRAFÍA DE EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN. - Conferencias de: Luis Fernández Montes. Félix Fernández Castellá. Carlos Otero. Julián Rojo López. - Teoría y práctica de la compactación. Julián Rojo. - Sistematización de los medios de compactación y su control, MOPU, Diciembre 1987. - Terraplenes y pcdraplcnes. MOPU. - Manual de tierras. Bureau of Reclamation. USA - Documentación de las empresas: Dragados y Construcciones. Agromán. Aepo. Elsamex. Eu.roconsulting. Bomag. lngersoll Rand. Dynapac. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 350. 14.13 CAPÍTULO 14 ANEXO 2. PROCEDIMIENTOS DE MEJORA DEL TERRENO POR VIBROFLOTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN 14.12 APLICACIONES. En terrenos de gran superficie y con estratos débiles en profundidad donde se pueden originar cargas repartidas que produzcan asientos, se puede mejorar la densidad del terreno natural mediante los procedimientos de vibroflotación y vibrosustitución. Estos procedimientos son más costosos pero más rápidos que la precarga, y más económicos que los de pilotaje; se utilizan sobre todo en cimentaciones industriales, depósitos de instalaciones depuradoras, pasos de carreteras por valles, etc. y donde las condiciones no permiten sustituir la totalidad del terreno. En terrenos portuarios ganados al mar, lo más económico es dejar que se asienten con el tiempo y según sean las cargas posteriores puntuales que se establezcan, recurrir a pilotes en los sitios adecuados. A continuación se describen los procedimientos y la maquinaria utilizada, sin entrar en el estudio del terreno y cálculos, que serían competencia de geotécn.ia. 4.13 VIBROFLOTACIÓN. Consiste en la acción combinada de la vibración y la saturación del suelo. Para ello se introduce en el terreno un vibrador suspendido de una grúa, fig. 14.20, y mediante su peso, el efecto de la vibración, y el de un chorro de agua a elevada presión se produce w1 desplazamiento de las partículas, rellenando por licuación los confines del terreno en los que surte efecto la vibroflotación, y reorganizándo así las partículas en una estructura más densa. Para que la vibración surta efecto, el suelo debe tener menos del 15% de finos (tamiz nº 200, 0,074 mm.), arenas limpias, escasas en España. Cuando este contenido es superior, se necesita entonces, una aportación de material importante, siendo adecuado el proceso de refuerzo mediante vibrosustitución o columnas de grava. El equipo e instalaciones consta de: Equipo de vibroflotación formado por el vibrador, equipo generador hidráulico o eléctrico y bomba de agua. Maquinaria e instalaciones aux.iliares: grúa, pala cargadora, taller mecánico.
- 351. 14.14 Acopios de áridos, arena, etc. e instalaciones de agua. Fig. 14.20 Equipo de vibroflotación en la obra Vibrador (torpedo). Es un cuerpo cilíndrico, fig 14.21, de 30-45 cm 0 , longitud 2-3,5 m y peso 2-4 t. Tiene una masa excéntrica. accionada por un motor eléctrico de 30-100 Kw o hidráulico de hasta 160 kw. La frecuencia de vibración varia entre 30-50 Hz, y la amplitud de vibración de la masa excéntrica es de 5-10 1mn. con fuerza de impacto de 5-30 t. El vibrador tiene w1os tubos de prolongación de 10-15 m, hasta la polea de cuelgue de la grúa. El grupo generador eléctrico o hidráulico está montado en la parte posterior de la grua. Grúa. Se necesita de unos 24 m de altura, 24 t de carga, y un peso de 50 t. Ésto exige en algunos casos aumentar la capacidad po11ante del terreno mediante un tratamiento previo del mismo con zahorra y posterior compactación. La bomba de agua es de presión y caudal variable. El suministro de agua es importante. unos 100 1113/h. lo que exige instalaciones especiales, depósitos, etc. ( t ( ( ( ( ' ( ( ( (
- 352. 1./n 1.6-111 lt,lm 14.15 _ _ ___ Polea de cuelgue Sección de conexiones Mangueras de agua Mangueras _hidrAulicas o cables eléctricos 1--- - - Tubos de prolongación .--~____ Chorros superiores ,__ _ __ Aislador de vibraciones ,_____ Vibrador tt-____ Paso de agua a la boquilla de la punta ·- --Peso excéntrico Aletas para impedir el giro r-- - - - Cono de punta Fig. 14.21 Esquema del vibrador Procedimiento constructivo, fig 14.22. Se introduce el vibrador y se inyecta agua a baja presión y caudal elevado por la boquilla de la punta. fig 4.22.1, consiguiéndose la penetración por el peso propio ayudado por el chorro del agua, y se alcanza así la profundidad deseada. Se corta la inyección de agua por la punta, y se inyecta agua con poco volumen y alta presión por los chorros superiores, fig 14.22.2, situados a unos 2 m de la punta. Este aumento de la presión es lo que origina un desplazamiento lateral del suelo y una reordenación a una estructura del mismo, empezando · el proceso de compactación. Se va elevando a distancias de unos 50 cm, manteniendo en cada posición de 0,5-2 minutos. La vibración se efectúa continuamente. Se forman así columnas cilíndricas de masa compacta de l-3 m, fig 14.22.3. El procedimiento permite llegar económicamente hasta unos 15 m de profundidad, ,nmque los bulbos de presión por la teoría elástica producen presiones importantes entre 6 y IOm de profundidad.
- 353. 1 _3 Comp~ed column 14.16 2 · · ·. ~ - ' , . , , , ,. ''' , ' : · wat« .,, 11ushing ... Fig 14.22 Esquema del proceso de vibroflotación: 1. Introducción mediante chorros de agua en la punta. 2. Estado de licuación mediante agua a presión y vibración. 3. Formación de columnas y relleno del cráter en superficie. ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 354. 14.17 El proceso se repite siguiendo los vértices de mallas triangulares de lado máximo 3 m, fig. 14.23. aunque el alcance o influencia decrece desde los 2 m, en el caso de arenas limpias hasta los 0,7 m, en arenas con más del 15% de finos. 1,s ,,, <D < 3 111 d Fig. 14.23 Mallas y zona de influencia En la superficie del terreno se forman unos cráteres o embudos en las cabezas de las perforaciones, que son la prueba de que se ha producido una compactación en el interior del terreno, alrededor de la perforación. Estos embudos se rellenan con arena. 4.14 VIBROSUSTITUCIÓN. Es un procedimiento de refuerzo del terreno que utiliza los mismos medios que el anterior, pero con diferencias de procedimiento, y se utiliza cuando el terreno tiene más del J5% de finos. En este caso se introduce en el terreno un relleno granular. que forma unas columnas densas de grava, que rigidizan la estructura del suelo, aumentan su resistencia, disminuyen los asientos y constituyen unos drenes, que aceleran la consolidación del suelo cohesivo. j Fig. 14.24 Aportación de grava a las perforaciones mediante cargadora.
- 355. 14.18 El vibrador o torpedo penetra en el terreno con la ayuda de un chorro de agua o aire, según el contenido de humedad del suelo, fig. 14.25. y si el terreno es más resistente mediante impactos de caída del vibrador. Si se utiliza el aire comprimido, éste mantiene estables las paredes del agujero. SlEO CON BAJO~ DE KMDAO 1 ... .... ~-: ~hOITO ·de j. _o;ua __ . ) ~·~ ' ':.-.' ~~ ! . ;> : · · ~ ~ :;·...· ~(~... SlElOCONAl.10 CON1EN1DO DE JUSW> Fig. 14.25 Columnas de grava Suelos con distintos contenidos de humedad Cuando se ha alcanzado la profundidad deseada, se extrae el vibrador, se descarga en el interior un primer relleno de grava, introduciendo de nuevo el vibrador. La grava debe ser de machaqueo, tamaño máximo 25-60 mm. Se fonna así una tongada compactada por vibración de unos 50 cm de espesor. Se saca el vibrador y se repite el proceso. El efecto de éste es conseguir la penetración de la grava dentro del terreno, ( ( ( r ( ( f ' ( ( ( (
- 356. 14.19 constituyendo una columna de nrnyor diámetro que el de la perforación, alcanzarlo de 80 a 100 cm, fig 14.26. ENCEPADO I TERR[?tO BLANDO /1'. COLl.tNAS DE CIHJA COLU111tAS DE GR~A Fig 14.26 Columnas de grava. Las columnas resultantes tienen unas medias de admisión de grava de aproximadamente de Im3/m, la longitud oscila entre 8 y 12 m, el 0 de unos 60 cm, su distribución: una columna cada 5-7 m2, y rendimiento medio 140 mi/día. Se necesita un vibrador trabajando y otro en reserva. Los precios medios de ejecución son 5.000 pts/ml, más costes de instalación y transporte. Tanto el método de vibroflotación como el de vibrosustitución permiten acercarse hasta unos 3 m de los edificios colindantes, sin peligro de vibraciones, debido a que el alcance disminuye mucho a partir de los2m. En la vibrofloración la aportación de material es escasa, mientras que en la vibrosustitución es importante, ya que se elimina el terreno natural, el cual sale por el efecto de retomo del agua y es sustituido por grava. Sin embargo los efectos ambientales en las columnas de grava pueden ser importantes por todo el fango que ocasiona el retorno de agua de los agujeros, que inunda toda la plataforma de trabajo, terrenos circundantes y cultivos, además de dificultar el tránsito de la maquinaria y del personal. Por este motivo, las máquinas utilizadas conviene que sean sobre cadenas. Además, la arena puede contaminar los rios y
- 357. 14.20 acuíferos de la zona con sus detritus y lodos, por todo lo cual hay que aplicar las medidas correctoras pertinentes, plantas de desarenado, balsas de sedimentación, zanjas filtrantes, etc. La fase final del proceso en ambos métodos, consiste en un descabezamiento de las colwnnas, removiendo la capa superficial en todo el área, en una profundidad aproxü11ada de I m, y compactándola con maquinaria convencional. Se forma así una plataforma que encepa todas las columnas, fig 14.26. f ( ( ( ( ( < f ( ( ( { ( (
- 358. 15-1 CAPITULO 15 DIAGRAMA DE MASAS En las obras de infraestructuras lineales la elección de la maquinaria a emplear en el movimiento de tierras se hace en una primera aproximación por las condiciones de excavabilidad del terreno. y en segundo por las distancias de transporte originadas por los volúmenes de excavación en desmontes, y rellenos de terraplenes. Estos volúmenes, y las distancias de transporte. se rcílcjan en los diagramas de masas (figuras 15 2 a 15.6 ). Siempre que sea posible hay que buscar la compensación transversal en las secciones a media ladera, ya que de esta manera la distancia de transporte se reduce considerablemente, con lo que se ahorra tiempo y dinero. pudiendo ser el bulldozer la máquina más adecuada. El diagrama de masas permite la compensación longitudinal de volúmenes de desmonte y de terraplén. y también la obtención de sus distancias de transporte. Puede suceder que esta optimización técnica no se corresponda con la de la rentabilidad, al excederse en las distancias económicas de las máquinas. caso de las traíllas. ya que influye, de forma importante, el consumo y precio del gasoil. Si hay déficit o exceso puede ser necesario recurrir a préstamos o vertederos, que deberán ser reacondicionados y revegetados, con el consiguiente coste. al que hay que aí'ladir los cánones a abonar a los propietarios. En esta cuestión inten'icnen. por supuesto. la calidad de los materiales que se encuentren, m..:diante los correspondientes sondeos geotécnicos. t:!nto dentro como fuera de la traza, pues el PG3 tiene una clasificación de aquellos para cimentación, núcleo o coronación del terraplén. Esto influye en el orden de extendido de las tongadas. y por consiguiente en las distancias de transporte, según sean pcdraplenes. suelos seleccionados. etc. El volumen de préstamo se calcula conforme al siguiente balance. siendo: Vn : Volumen de desmonte en el tramo. VA : Volumen de desmonte aprovechable. F, : % de volumen de desmonte no aprovechable (suelos inadecuados). Vr : Volumen de terraplén. Fh : Factor de contracción después de compactar. V : Volumen no compensado. Fw : Factor de esponjamiento. El volumen aprovechable será: V 0 ·(1 - I·~) V,i = ---¡,- ,--- h
- 359. 15-2 y el Volumen no compensado: V= F,, Si V > O,, deberá ir a vertedero. Si V < O,, deberá venir de un préstamo. Todos los volúmenes V0 , VT, están referidos al perfil teórico o en banco, por lo que a efectos de transporte deberá considerarse el factor de esponjamiento Fw . El volumen de desmonte debe superar aproximadamente en 10-15 % al de terraplén, debido a la compactación enérgica a la que se somete al terraplén (factor de contracción Fh). La compensación óptima de volúmenes está muy influida por el Impacto ambiental, y se tiende no sólo a igualar los volúmenes de desmonte y terraplén, que representan obviamente costes núnimos, sino también a reducir el impacto ambiental, es decir, evitar terraplenes altos y prolongados, que ocupen zonas de alto valor económico (zonas de cultivos) o ecológico, y sustituirlos por viaductos. Igualmente se suprimen los grandes cortes de desmontes y se sustituyen por túneles, en otros casos por permeabilidad territorial. Sin embargo, todo ello encarece el proyecto constructivo y tiene que existir la voluntad de gastar todo este dinero por parte del Director del Proyecto, representante de la Administración, que es quien financia la obra. Así, pues, el autor del proyecto debe conocer previamente cuales son las exigencias y prioridades de la administración respecto al impacto ambiental (Declaración de Impacto Ambiental). Un condicionante importante son las obras de drenaje transversal, caños, estructuras, etc. (figura 15.1.), que obligan a curvas y pendientes en las pistas de acarreo, desvirtuando las distancias teóricas. (1) (1) ~---,, - --' /_ffl / ,, , ,, ,, (2) Figura 15.J.- Obras de drenaje transversal, estructuras(!), y repercusión en las pistas de acarreo (2). Aunque normalmente el contratista subcontrata el movimiento de tierras, las obras de drenaje son ejecutadas por éste, lo que exige una buena planificación y coordinación entre ambos. El Diagrama de Masas es la integral de los volúmenes de desmontes menos los de terraplenes (V0 - VT) a lo largo del tramo considerado entre dos Pk., que es el que se estudia. ( ( ( '( ( { ' ( ( (
- 360. 15-3 ler caso: V0 = VT (figura 15.2.). En la figura a) se compara el perfil del terreno con el de la rasante de la vía. La ordenada representa el volwnen por unidad de longitud en cada punto. En la figura b) la ordenada representa el volwnen acumulado de desmontes menos terraplenes desde el origen al Pk correspondiente. En el Pk 3 el diagrama de masas muestra el valor acumulado de volwnen de desmontes menos terraplenes, que es positivo por ser todavía favorable a los desmontes. El punto Pk 2 es el punto de inflexión, por ser donde se encuentra el paso de desmontes a terraplenes, y a partir de él, el volumen acumulado disminuye. La pendiente de la gráfica b) indica si se está en desmontes {D) o terraplenes (T), según sea positiva o negativa. En el Pk 4 el volwnen acmuulado es O pues se han compensado los desmontes con los terraplenes. La distancia media de transporte de los materiales para la compensación es la que une los centros de gravedad de ambos volúmenes. o.) 6) ---·I ed ;' PERFIL DEL TERRENO -1r - - - ---"-- - -~--+-------r~-- #"RASANTE DE ~ °PK. . LA VÍA 1 1 Figura 15.2.- V0 = Vr 4 DIAGRAMA DE MASAS
- 361. 15-4 2 º caso: Yo> YT ( figura 15.3.). En el Pk 3 el volumen acumulado ( Y0 - YT) es positivo, es decir, en el tramo Pkl - Pk3 no hay compensación de volúmenes, y la ordenada en éste último es el volumen excedente, que hay que transportar a vertedero. J . 1 - ¡ l Ve ¿J.~ .1. VT • 3 PK c.d 2 1 1Vo-VT 3 Fk. Figura 15. 3.- Vv > VT 3 er caso: Yo < YT ( figura 15.4.). DIAGRAMA DE MASAS La ordenada en el Pk3 es negativa y representa el volumen de préstamos necesario para compensar los terraplenes en el tramo Pkl - Pk3. Puede suceder que V0 sea mayor que YT, pero haya un material rechazado por no cumplir las calidades exigidas por el PG3 . ~ ., V0 l cc}9 d. 1 d. ' 1 1 Vr • Figura 15.4.- V0 < VT PK PERFILES DIAGRAMA DE MASAS ( ( r ' ' (
- 362. 15-5 4º Caso: Modificación de la rasante (figura 15.5.). Hay que tener en cuenta que tanto los volúmenes de desmonte como los de terraplén, dependen de la diferencia entre la cota del terreno y la del perfil de la obra, por lo que se pueden variar ambos modificando el perfil de ésta ( figura 15.5.). . Un aumento de las cotas del trazado disminuye el volumen de desmontes y aumenta el de terraplenes, y al contrario, una disminución provoca un aumento de desmontes y una disminución de terraplenes. Por tanto, cambiando la rasante se pueden ajustar ambos volúmenes para obtener la compensación óptima entre ambos. Hay que buscar que esta compensación de volúmenes lo sea por tramos no excesivamente largos, y no referida a la totalidad de la obra, ya que ocasionaría distancias de transporte "d" demasiado grandes. 1 !__ - 1 - ,, , , l) Perfil del terreno. 2) Rasante primitiva. 3) Rasante modificada. . i ' (4) 1 1 ..... (1) (3) (2) PERFILES DIAGRAMAS DE ' MASAS (5) ..... ...... - 1 , 4) Diagrama de masas primitivo. 5) Diagrama de masas modificado. Figura 15.5.- Modificación de la rasante.
- 363. 15-6 5° Caso: Caso general completo. Después de haber visto las figuras 15.2 a 15.5, se puede pasar ya a considerar un caso completo, con varios desmontes, terraplenes, un túnel y un viaducto (figura 15.6.). El V0 del tramo a, Pkl a Pk2, se compensa con parte del terraplén b, Pk2 a Pk3. Entre Pk3 y Pk4 hay déficit, el cual deberá compensarse con el material del túnel entre Pk4 y Pk5. J..-ª-1----b--.---+--c --.-.f'- d --f-_e ·- + --___:_ f_ _ ,----,l'--- ~111----.¡,f~ TRAMOS 1 1 PERFILES 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 AREAS DESMONTES ¡10 d.1 (A<) TERRAPLÉN 1 1 i 1 1 ' 1 1 - - - - - DIAGRAMA 1f I pi( DE MASAS Figura 15.6.- Trazado con túnel y viaducto. El material restante del túnel, entre Pk5 y Pk6 compensa con el terraplén del Pk6 al Pk7. El terraplén entre Pk7 y Pk8 se compensa con el desmonte entre Pk8 y Pk9. El viaducto no entra para nada en el diagrama de masas, y su mayor influencia reside en que la compensación de masas está limitada por éste, el cual, en la práctica, es infranqueable debido a la longitud que normalmente suele tener, y cuyo rodeo con pistas supondría un elevado incremento de las distancias de transporte. Por consiguiente, el material de desmonte entre el Pk9 y el PklO no puede transportarse al otro lado del viaducto y deberá ir a un vertedero próximo. Los programas informáticos obtienen automáticamente los volúmenes y los diagramas, pero no eximen del conocimiento de cómo funciona la compensación de volúmenes. ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( (
- 364. 15-7 Ejemplo real, tomado de la descripción del folleto de la obra del AVE Zaragoza - Madrid, Tramo Calatayud - Ricia, subtramo lA, cortesía de F.C.C. MOVIMIENTO DE TIERRAS En el Anejo nº 8 se desarrolla todo lo referente al movimiento de tierras del Proyecto, se establece la clasificación de las excavaciones, se efectúa un estudio de compensación de tierras, se indican los préstamos y vertederos a utilizar y se obtienen las distancias de transporte de los distintos volúmenes de tierras a usar. Dicho anejo se complementa con los correspondientes diagramas de masas parciales y acumulados. El resumen global del movimiento de tierras es el siguiente: En terraplén Volumen compensado transversalmente: Volumen compensado longitudinalmente: Volumen procedente de préstamos: Volumen de excavación no apto para terraplén: Volumen de excavación sobrante: Volumen total transportado a vertedero: Clasificación de las excavaciones: Excavación normal: rerreno ripable: Utilización de explosivo: Excavación en túnel: 185.194 m3 584.892 m3 301.024 m3 522.105 m3 155.391 m3 425.038 m3 0 m3 458.853 m3 720.518 ru3 1.179.371 m3 Ref. (1) (2) (3) (4) (5) (6) = (4) + (5) En el siguiente cuadro se reflejan las distancias medias de transporte de los volúmenes de tierra procedente de la excavación: Ref. Volumen de excavación. Distancia media de transporte. No útil para terraplén. 4 458.853 m3 904 m Compensación transversal terraplén. 1 155.391 m3 15 m Compensación longitudinal terraplén. 2 425.038 m3 609 m Sobrante de la compensación longitudinal. 5 720.518 m3 409 m TOTAL l.759.800 m3 557 m
- 365. 15.8 Maquinaria a utilizar: (1) Ejecución con Bulldozer (2) y (5) Traíllas, sujeto a que el material no sea roca. El volumen (2) está en el límite de rentabilidad, pero si se hace el (5), ya si interesa. (4) Dúmper o camiones. Ejemplo real descompensación de Tierras tomado del flolleto ( D.y C.) de la variante de Bellavista y Dos Hermanas, CN-14 de acceso a Sevilla. Este ejemplo explica como un análisis de la compensación de masas lleva a una conclusión tan importante como modificar la traza. El volumen total de la excavación en explanación a cielo abierto ascendía a la cantidad de 1.069.269 m3 de los cuales se utilizarían para terraplén 251.263 m3, siendo necesario un volumen de tierras procedentes de préstamos de 2.843.942 m3_ La descompensación llevó a considerar la posibilidad de modificar la rasante proyectada con las siguientes condiciones: Que no hubiera variaciones significativas, sobre todo ampliación de expropiaciones. Introducir mejoras medioambientales. Que el material de la excavación procedente de la traza fuera apto para la ejecución de terraplenes según el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares. Que no se alterasen las características mínimas de trazado exigidas de velocidad establecida, gálibos, etc... Que el cambio de rasante no supusiera un retraso en el desarrollo de los trabajos, más bien una tendencia a la mejora en plazos. Que no se incrementase sensiblemente el Presupuesto. Realizados los estudios, se modificó la rasante con las siguientes mejoras adicionales: Económica, por aprovechamiento del material de la traza para rellenos. Medioambiental, por disminución de excavaciones en préstamos en zonas exteriores, y mayor facilidad de compensación con vertidos y restauración de dichas zonas. Disminución de distancias de acarreo, y sobre todo el que éste sea realizado por la misma traza en lugar de por caminos alternativos, lo cual supondría más impactos negativos en cuanto a emisión de gases y ruidos. ( '( ( ( ( ( ( ( ( '( ( ( (
- 366. 16.1 CAPITULO 16. LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS. 16.1 PREVENCIÓN. En este capítulo no se va a tratar de los aspectos generales de la Seguridad y Salud que salen del objetivo de este libro y se suponen conocidos. La Prevención, consiste en la evaluación de los riesgos y las medidas a tomar para evitar los accidentes que puedan ocasionar. En general, los factores de riesgo provienen fundamentalmente de cuatro causas: 1) La maquinaria. 2) El hombre; maquinistas, conductores y trabajadores. 3) El ambiente. 4) La organización de la obra. Estas causas se interfieren y muchos accidentes provienen de varios factores. A continuación se analizan distintos tipos de obra. 16.2 OBRAS DE TÚNEL. En la perforación de un túnel hay maquinaria de movimiento de tierras, pero el ambiente presenta unas características muy particulares: la falta de iluminación y la de estrechez que puede producir aacidentes en los cruces con las máquinas, independientemente de derrumbamientos inesperados que ocasionen accidentes graves. La ventilación defectuosa puede afectar a la salud. La fatiga de los obreros al trabajar en el interior del túneles es mayor, y puede ocasionar accidentes, por lo que los tumos de trabajo deben ser menores, o alternar con descansos al aire libre. La figura del vigilante de seguridad y del técnico de seguridad tiene más relevancia que en otros tipos de obras. Los equipos de protección individual (EPI): cascos reflectantes, gafas, mascarillas, auriculares, monos impermeables con tiras reflectantes, botas adecuadas son muy necesarios. Las máquinas provistas de señales acústicas marcha atrás y balizas de señalización.
- 367. f 16.2 ( Debe mantenerse la prudencia y vigilancia de los conductores, así como que funcione bien f el sistema de limpieza de los cristales de las cabinas. t 16.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES. Se necesitan distintos tipos de vallas según indica la figura 16.1. ,... ' ") "' protección ) de peatones ·.~ ,-::f,~aselas / '---. "'-.._ '---..._ '---..._ --· Valla de cerramiento de obra /""'"',, • 1 ' ' ' "=:;::-:/ (i) Valla de protección de vaciado '. Fig. 16.1 Protección de un vaciado. Distintos tipos de vallas en una obra. Cortesía de Lain. Libro "Planificación y ejecución de la Prevención" f r ( ( ( '( ( ( (
- 368. 16.3 En el caso de zanjas, la entibación de las mismas con blindajes metálicos se ha tratado en el capítulo 10. Pasarelas con barandillas en vez de tablones, y escaleras que sobresalen un metro por encima del nivel de acera, son otras medidas ncesarias, que se reflejan en la figura 16.2. Fig. 16.2 Pasarelas y escaleras correctas. 16.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD. Hay que evitar roturas y daños en estas conducciones, dando las instrucciones correspondientes. En las obras de gas, para evitar fugas que pueden ocasionar explosiones. En la eléctricas, porque pueden quedar al descubierto los cables a tensión en su interior. En la reposición de servicios deben tenerse en cuenta las precauciones que indican las figuras 16.3 y 16.4. La figura 16.5 señala las distancias de seguridad según los procedimientos de excavación.
- 369. 16.4 Fig 16.3 Precauciones en conducciones de gas. Fig. 16.4 Precauciones en líneas eléctricas. Prohibido calzado con herrajes metálicos Obligatotio prendas (EPI) y y herramientas metálicas para evitar chispas. herramientas aislantes. +· 1 PELIGRO TUSERIA DE GAS ~ - ~-~ -- ~-~:1,.: . - . . - ---- ~ - --:r PEL IGR O CABLES CON TENSION -.,.· -_ - .. _ ... , _ : ._;.. l - -.---_ -r·-- . .. - . 1· ·:---:""-:-;..r __,_ ' . . . --- ~~f~~~:~~}:~~~- --' , . .·-', l~: .. - .. ·. -. . - .·I . _ -.. ·.. Fig. 16.5 Caso de excavaciones sobre conducciones de gas y electricidad. ( ( t f ( ( í '( ( ( ( '( ( ( ( ( l
- 370. 16.5 Hay unas distancias mínimas de seguridad según distintos procedimientos de excavación: Ref. 1 2 3 Procedimiento Retro Martillo Pico y pala Distancia mínima 3 m. 1 m. 0,5 m. En todos los casos de conducciones, y una vez al descubierto, hay que procurar tender unos puentes, y apoyar o suspender de ellos las tuberías, para evitar flexiones que puedan ocasionar roturas. 16.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO. 16.5.1 LÍNEAS ELECTRICAS. Pueden ocasionar accidentes las líneas eléctricas, si la retro sube el cazo para la descarga, y pasa a menos de 5 m., ya que se produce el efecto arco. Las figuras 16.6 y 16.5 contienen recomendaciones a este respecto. / )'(DIOS DE 66.000 Y. 1 ~ ¡ 6--~ "-=-~-e::::'.'""~-=:;:--~a · Fig. 16.6 Efecto arco con líneas elétricas< 66.000 V Separación ~ 3 m. 1 ZONA OE RIESGO ] r5m.-.. Fig. 16.3 Efecto arco con líneas eléctricas > 66.000 V Separación ~ 5 m.
- 371. ~~ J1 ---·- ·-•-.---;--:-. --· J . - · _,. .... -- - 1 ~ -:: ~:: - e: c:,~-l 1 1 ¡ 1 l.J L.! u u u . C O G O O Fig. 16.8 Caso de contacto de basculante, intentar bajarlo y alejarse. 16.6 Fig. 16.9 Si no es posible separar la máquina, el conductor debe saltar lo más lejos. Fig 16.10 Nunca bajarse estableciendo circuito Fig 16.11 Conductor debe visualizar si el basculante alta tensión-máquina-conductor-suelo Cortesía PACSA. 16.5.2 SEGURIDAD EN LAS MÁQUINAS. está bajado, observando una regleta soldada a la visera del basculante. En general, la maquinaria de movimiento de tierras, debe tener sistemas de seguridad, los cuales debe controlarse que están en buen estado de funcionamiento. Resumiendo lo anterior, son los siguientes puntos: ( ( ' ( r ( ( ( { ( ( ( (
- 372. 16.7 Cabinas antivuelco (Fig. 16.12).Consiste en un bastidor de refuerzo de forma que al volcar la máquina resista sm aplastar al conductor. Este bastidor era exterior en los modelos antiguos y actualmente está integrado en el interior de la cabina, formando parte de la misma. Estas cabinas se llaman ROPS (Roll Over Protection System). Fig. 16.12 Cabina ROPS. Cinturones de seguridad.Son ventajosos en choques; el inconveniente es que al volcar impiden saltar al conductor. Espejos retrovisores y limpia parabrisas. Señales acústicas marcha atrás; que sirve de aviso a otros trabajadores. Freno de emergencia y calzos para estacionamientos en pendientes. Focos potentes para trabajos nocturnos. Lámparas intermitentes colocadas en el techo de la máquina, que ayudan a avisar cuando se acerca a un operario. Disposistivo que indique si el bascu1ante está bajado, figura anterior (16.11). La figura 16.13 recoge algunas normas para las máquinas y la figura 16.14 instrucciones a los operadores.
- 373. CONTROL DE LOS GASES ALARMA EN MARCHA ATRAS YLUZ CONTROL DEL RUIDO <80dB CONTROL ____. DEL POLVO .,,.----- 16.8 / - -- ESTRUCTURAS DE PROTECCION CONTRA VUELCOS Y CAIDAS DE OBJETOS. CABINA ROPS. ....,__ ~ .ASIENTOS ANTIVIBRATORIOS ALARMAS Y LUCES EN LOS MANDOS .__ SISTEMAS DE BLOCAR LA CAJA DE MARCHAS O DIRECCJON EN PARADA FRENO DE SEGURIDAD Y APARCAMIENTO Fig. 16.13 Normas de seguridad. Transporte de maquinaria En el lugar de trabajo t,'iinríf~ 1r-11~ ml ct~W:~ 11í u~ti; . AJ~i;i~- ~~~ll0)'-ll@j A5Cfl•·ucsc de r¡uc el v,:hiculn <111c lriln~1t;, ~1 m,1'111i11nri.1 es dr. In Cilpnr.id,1rl corier.ln. :Antes de comen:iar el trabajo · Comruuehn 0110 las luce~ dr.l vchlculo. fumos, lucci; de pmr.. c te. han sido ,cvisados. - Ante(; de cern"'· asc9lircse de quf! el Yehlculo r.~tlt en 1crrcno flrmn y llano. ' Al fin de la jornada - Algunos vehículos. como 109 c,1mi0Ms con pl,,tnforma hascul:mte. oueden necesitar un apoyo pnre ll't misma, durontl'! I& opr.u1ci6n de crugn. - El vchlculo debe est;"tr ari:1rc11do en linea recta, y con et freno riues10. - Ef conductor del /'P.hlculo ha de actuar como gula du,ontl'! la ope,aci6n de c"rga. lu scl'lnles deben habor!l:e c:oncrrtado de antemanov se h,m di, sfl!gvir con torlo cuidado. - Cuando se carga o dcseor9a: en unA vla p,·1hlica, hnv QtJr. coloca, vigil-3ntcs p3,a d'crcf'er o desYinr el tr~fico. Es10s hombres sólo dchcn rl.,,sc d~I comfoctor del vehlcuto - L11 mllqulnstl,. se tr,11spa~ará suav"mente desde la ramr111. o lugar de ce,911, el vehfculo de lr&n!lporte, - L11 m11quln11rie se colocart rte taf manera que la carga sobre los eJos sea la conecta, vque el vehlcuto no quede desequlfibrado en su movlmlP.nto. ~~. _ 1 Otros puntos. t Una forma de presentar las normas de seguridad a los operarios. Fig. 16.14 Instrucciones a los operadores. ( ( f ( '(' ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 374. 16.9 16.5.2 ORGANIZACIÓN DE LA OBRA. La organización repercute en la seguridad. El tráfico interno de la obra, se refiere no sólo al de los vehículos, sino al de las personas, destino y lugares de acopios (Logística). Los acopios de áridos no deben situarse debajo de las lineas de alta tensión, ya que si crecen en altura se van aproximando a aquellos. Una organización defectuosa ocasiona choques, vuelcos, y atropellos. En las obras de movimiento de tierras, todo se hace fundamentalmente con máquinas y no debe haber personas no autorizadas en sus proximidades. Las máquinas cuanto más grandes, mayores ángulos muertos de visibilidad tienen, y por consiguiente posibilidad de accidente a personas o cosas próximas. En las excavaciones en laderas con bulldoceres hay que indicar los recorridos y giros para evitar vuelcos, y otras instrucciones que señala la figura 16.15. 8ULLDO~E R. DUH P6r2..s HOTO Tl<.A Ll..A S AD€i..ANTe- y S'UltlDA r-1AR.C-HA A1i'c,A_S VG"LO(ÍO~O Oé MA~(l,/A 1. Fig. 16.15 Precauciones de maquinaria en pendientes.
- 375. 16.10 Las pendientes en proximidad de zanjas, en época de lluvias, y por formación de barrizales, pueden ocasionar deslizamientos de los camiones y vuelcos. Advertencia a los conductores que después de la comida se cerc1onen que no hay nadie recostado a la sombra del vehículo. A pesar de la existencia de comedores se han dado casos de accidentes de atropello por este motivo Si las máquinas pasan cerca de taludes pueden ocasionar su desplome y vuelco de estas. Fig. 16.16. Los conductores de máquinas que se desplacen a velocidad sobre pistas de acarreo, según el estado de las mismas y tipo de vehículo; traílla, dumper, motovolquete, cargadora, camión, pueden necesitar riñoneras o cinturón antivibratorio de protección, cuando el vehículo salta por los baches. Cargas Dinámicas Fig. 16.16 Posibilidad de vuelco. LA SEGURIDAD EN LA ~ ,__ MA_Q_U_IN_AR_I_A_D_E_E_X_C_A_V_A_C_IO_N __ .l9Mf7 SOBRECARGAS ~ " CAIDAS DURANTE LAS SUBIDAS O DESCENSOS DE LAS MAQUINAS ESTACIONAMIENTO O PASO DE PERSONAS BAJO LAS CARGAS MANIOBRA CON PERSONAS DENTRO DEL RADIO DE ACCION SEÑALIZAR ATENCION ORGANIZACION FALTA DE MANTENIMIENTO DEL TRABAJO/FRENOS, CABLES EMBRAGUES POR REALIZAR TRABAJOS SOBRE ELEMENTOS DE LA MAQUINA EN MOVIMIENTO POR FALTA DE PROTECCION DE LOS ENGRANAJES VELOCIDAD, VISIBILIDAD, PENDIENTES ERRORES DE MANIOBRA CONTACTO DE UNA PARTE DE LA MAQUINA CON UNA LINEA ELECTRICA V<57000V d=3 rn V>52000V d=5 ID CONDUCCIONES SUBTERRANEAS D>l ,5 ID ALOS ACCIDENTES~ PUESTAS EN MARCHA INTEMPESTIVAS CAUSADOS POR: ASEGURARSE ANTES QUE LA MAQUINA ESTE DESEMBRAGADA Fig. 16.17 Riesgos en una máquina. ( ( ( ( r ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
- 376. 16.11 La figura 16.17 ofrece un resumen de los puntos de la prevención en el trabajo de una máquina. La figura 16.18 recoge instrucciones de organización (técnicas de excavación). f:o.J - - - - HOVHIIE>ITó l • Et-f PúJE:" -~E~O e SOOl2E VIAS b'' >wlk"'- NO EXfONEft.f~ A *tJWHfAMIE''1TOS .8~N tfAL .d2Z2Z2Z Vl(rl.M. 'fU(: lA «:>lOUUO~ Fíg.16.18 Técnicas de excavación.
- 378. 17.1 CAPITULO 17. EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS. 17.1 PROTECCIÓN DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLÓGICAS. Las principales alteraciónes geomorfológicas están provocadas por los movimientos de tierra, desmontes y terraplenes, que pueden producir en algunas zonas impactos más importantes que en otras. Las medidas preventivas corresponden al proyecto, que es donde se deben minorar las actuaciones geomorfológicas que originan la nueva carretera. También entran en este apartado la estabilidad de taludes, que a veces está reñida con la ocupación espacial, y que puede requerir soluciones estructurales como muros de contención, en las cuales hay que tener presente el impacto paisajístico cuya medida correctora es el muro revegetado. Las medidas paliativas al movimiento de tierras, son la restauración revegetaliz.ada de las superficies afectadas, la cual independientemente del efecto paisajístico tiene otro más importante, que es la contención de la erosión producida por las lluvias. La compensación de masas para conseguir unos costes reducidos, puede llevar en algunos casos a cortes del terreno demasiado fuertes, grandes trincheras o terraplenes muy altos, con el consiguiente impacto paisajístico, por eso actualmente los volúmenes de movimiento de tierras son menores, y aumenta la construcción de túneles (menores desmontes y trincheras), y viaductos (menores terraplenes). El impacto ambiental repercute en la compensación de volúmenes en el sentido de que de no debe ser automática según el programa informático del trazado, es decir, que las tierras de un desmonte vayan a la sección más próxima del terraplén, sin analiz.ar el valor ocupacional en función del valor del terreno ocupado, pudiendo ser más necesario ecológicamente llevarlos a vertedero. Esto quiere decir, que en principio hay que modificar el terreno lo menos posible, porque siempre se pueden encontrar préstamos que su extracción no cause impacto. Por otra parte, para disminuir el impacto ambiental de préstamos y vertederos es necesario optimizar el movimiento de tierras en el traz.ado, encajando el diagrama de masas para no recurrir a préstamos ni llevar a vertederos, aprovechando los materiales in situ, incluso estabili7..ándolos para convertir los suelos inadecuados en tolerables. Se elimina así el impacto acústico y las molestias ocasionadas por el tráfico de camiones al pasar por los núcleos periurbanos.
- 379. 17.2 Otra mllllmización del impaclo geomorfológico es aprovechar los huecos de la extracción de materiales de préstamo como vertederos para el material excedente de excavación. En algunos casos el material a vertedero se deposita en ciertos lugares de la lraza para formar diques de tierra antirruido a zonas periurbanas, evitando así las molestias ocasionadas por el tráfico de camiones y reduciendo los costes de transporte y adecuación de vertederos. 17.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRA. La protección hidrológica constituye quizás la parte principal de las medidas correctoras, porque una alteración correspondiente puede llegar más lejos que las restantes, al estar más desfasada en el tiempo. En los casos de túneles las afecciones hídrogeológicas pueden ser más importantes que las superficiales. La figura 9.5 muestra un plano del trazado estudiado por los proyectistas, con las zonas rayadas excluidas a la contrata para todo lo citado anteriormente. Las medidas correctoras son las siguientes: En el caso de que los planos de las zonas excluidas no existiesen, controlar que los acopios, vertederos, instalaciones y vertidos no afecten a la libre circulación del agua superficial y freática. Desvío provisional de arroyos para evitar las aportaciones de sólidos producidas por el movimiento de tierras, y posterior restitución y encauzamiento. Controlar que los vertidos de aceites y grasas de la maquinaria de obra sean a contenedores especiales o a balsas específicas, igual que le lavado de las máquinas. Posteriormente un camión cisterna con aspiración lleva los aceites a instalaciones específicas de recuperación o se transportan en contenedores. Colocar balsas de decantación para las aguas de lavado de las plantas de tratamiento de áridos, instalaciones de lodos, con objeto de evitar que los sedimentos vayan a los cauces naturales, y también, para recuperar estas aguas reciclándolas, si la situación de sequía lo exige. ( ( ( ( ' '( ( ( ( ( ( ( ' ( ( ( ( (
- 380. O Pozo ~ Sondeo $ Pozo con $Onooo 6 Fuen!e n 7,lO Cola de nivel del agua 34 NUmero de registro Estudio lnforma11,.,o ~ Trazaoo estudiado a Zonas de exclusión 17.3 Fig. 9.5.- Zonas de exclusión por contaminación de aguas. (Fuente: INARSA). Prohibir el vertido de las lechadas del lavado de las autohormigoneras a los cauces naturales o sus proximidades. En los hormigonados próximos a cauces hay que tomar disposíciones. para evitar fugas, como ataguías, cercos, etc. Control de afecciones a las aguas subterráneas, en la perforación de túneles, caso de que existan. Las aguas procedentes de túneles excavados con escudos o topos deben tratarse en balsas con desengrasadores de aceite e instalaciones de filtrado para evitar que estas aguas que
- 381. 17.4 contienen aceites vayan por cauces naturales sin tratamiento. Tomar muestras de agua en los cursos interceptados aguas arriba y abajo de los puentes y realizar los análisis comparativos de determinados parámetros como temperatura, oxígeno disuelto, DBO, Ph, turbidez, etc. Colocar fosas asépticas en los servicios sanitarios, para evitar la contaminación por las aguas residuales. Aunque esta obligatoriedad pertenece a Seguridad e Higiene, es una medida correctora ambiental. Las fosas deben quitarse terminada la obra. La figura 9.6 corresponde a una hormigonada in situ. La degradación de las aguas afecta seriamente a la fauna acuática, anfibia e ictícola. ( ( ( ( ( ( < ( ' ( En la construcción de las pilas de los puentes se acentúa también la contaminación con la ( construcción de islotes y desvíos, que alteran el hábitat de la fauna local ictícola, obligándola a ( desplazarse a otros lugares, lo cual aboca en la desaparición de algunas de ellas, y sugiere programar dichas construcciones fuera de las épocas reproductoras, según la importancia de esta fauna. Por ello antes y después de la construcción del puente han de cuantificar las especies acuáticas y, si procede, reali7.,ar una repoblación cuando se haga la restitución forestal. ( ( ( ( ( Las pistas de acceso al lugar del puente deben anularse terminada la obra, y restituirse a ( la situación original para evitar la contaminación del río por lavado de coches, vertido de residuos, ( excursiones, etc. BIBLIOGRAFÍA: " Medidas correctoras del impacto ambiental en las infraestructuras lineales. " JUAN TIKTIN. Publicación Colegio de Caminos. 240 Páginas, 92 Figuras.