TESIS: Aspectos Fundamentales de Movimiento de Tierras~~~ ESCUELA NACIONAL DE ESTUDIÓS PROFESIONALES ~ ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::. AR AG O N ::::::::::::.:·::.:::.::'::.:.::::::::::.:·.:::·::.:.::::.:·.:·.::·::::::.:.:·:::.
Aspectos Fundamentales de Movimiento de Tierras
TESIS
INGENIERO CIVIL
Tf~JS CtN FALLA LE ORIGEN
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INDICE
CAPITULO !Il MAQUINARIA III.1 Introducción III. 2 Tractores
III. 2.1 Part.es del Tractor III. 2. 2 Hojas Topadoras III.2.3 Desgarradores III.2.4 Uso que t.ien~n los Tractores III. 2. 5 Rendimiento de los Tractores
Empujadores III.3 Cargadores
III.3.1 Descripción General III.3.2 Tipos de Cucharones III.3.3 Clasi~icación de los Cargadores
III. 3. 3.1 Cargador Frontal l"lonlado sobre Orugas
III. 3. 3. 2 Cargador Frontal Montado sobre Neumáticos
III.3.4 Rendimiento de Cargadores III.4 Motoniveladoras
III.4.1 Componentes III.4.2 Operación de 1a Motoniveladora III. 4. 3 Haniobrabilidad
III. 5 Equipo de Compactación III.5.1 Tipos de Compactadores
III.5.1.1 Aplanadoras de Rodillos III. 5.1. 2 Compact.adores de Neumát.icos III.5.1.3 Compact.adores de Pata de Cabra III. 5.1. 4. Rodillo de Reja III. 5.1. 5 Compactadores Vibratorios III. 6.1. 6 Producción de un Compact.ador
III. 6 Equipo de Carga y Acarreo III.6.1. Generalidades III.6.2. Mo~oescrepas
III. 6. 2. 1 Partes de una Mot.oescrepa III. 6. 2. 2 Clasif'icaci6n
P.!l.g.
34 47 40 50 52
55
56 67
100 101 105 100 110 112 116 117 121 124 125 120 133 134 136 137 139
III. 6. 3
III.6.4 III.6.5 III. 6. 6 III. 6. 7
Camiones para usarse fuera de la Carret.era Camiones de obra Volquetas Articulados Vagonetas Rendimiento del equipo de Carga y acarreo
III.7 Equipo de Pavimentación III.7.1 Perfiladoras de Pavimento III.7.2 Pavimenladoras de Asfalto III.7.3 Compactadores de Asfalto con
III. 7. 4 dos Tambores Vibratorios Compacladores de Asfalto de Neumáticos
III. 0 Neumáticos III. 8.1 Selección, Aplicaci6n y
Conservación
IV. 4 IV.5
Caracteristicas de los Neumáticos TamaNos de los Neumáticos Selección de Neumáticos
PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCION EN TERRACERIAS Etapas de Conslrucci6n Desmonte, Despalmes y Nivelaciones Métodos para definir la Atacabilidad de los suelos y Rocas para Terraceria Compactación Tipos, Propiedades y Aplicaciones de los Explosivos y Artiricios. Procedimientos de Construcción con Anclajes para Roca y para Suelos Alterados
IV.7 Determinación de DiEerenles Alternativas de Máquinas o Conjuntos de Máquinas, para realizar Trabajos de Terracerias.
CAPITULO V PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS V.1 Introducción V.2 Pavimentos Flexibles y Rígidos V.3 Elementos de un Pavimento
V.3.1 Subbases y Bases V.3.2 Carpetas Asfálticas
CONCLUSIONES
395
397
CAPITULO
INTRODUCCION
INTRODUCCION
Esta tesis ha sido preparada para presentar la obra que expone
los aspectos fundamentales de Movimientos de tierras.
La importancia de los trabajos de Movimientos de tierras, se ha
incrementado en forma paralela a la evolución natural de las obras
de i ngenier1 a.
A su vez, el movimiento de tierras es sin duda una parte muy
importante de un gran nómero de obras de Ingeniería Civil, y su
importancia se ha incrementado en forma paralela a la evolución de
estas obras.
En esta tesis tomamos por caso la construcción de caminos,
porque es una de las obras donde se presenta a mayor escala el
movimiento de tierras, y nos proporciona un aspecto general da lo
que representa.
En los últimos veinticinco aKos se ha efectuado una revolución
total en la maquinaria, los m~todos y los volúmenes de excavación.
La rapidez de desarrollo y la variedad de m~quinas aumenta
constantemente, y las técnicas para su uso provechoso se hacen más
complicadas cada dia. Los ingresos anuales por sus actividades
ascienden ahora a miles de millones de dólares.
La mala selección del equipo y los daNos debidos a la
ignorancia de sus funciones y de sus puntos débiles, trae como
resultado que se produzcan cuantiosas pérdidas en la construcción.
Esto ha traido como resultado, entre otros: que el constructor de un
proyecto determinado planee, programe, organice y controle mejor
todos los recursos que se requieran aplicar.
En este trabajo hacemos una descripción de las partes y
componentes que llevan las máquinas asi como algunos aspectos
fundamentales para llevar a cabo la mejor elección del equipo;
adem~s se describe la maquinaria m~s importante dentro de la
eMcavaci6n, carga, acarreo, colación y compactado que se utilizan
dentro de la construcción de caminos.
La mayor parte de las descripciones del equipo se basan en
modelos de uso común y los m~s recientes, y los que se han elegido
para describirse es en muchos casos porque se disponia de material
descriptivo e ilustraciones.
Por otra parte, la rapidez con que se generan nuevos
procedimientos constructivos, ocasiona que el ingeniero se aleje con
frecuencia del avance de las nuevas t~cnicas desarrolladas.
Este libro se recopiló con el objeto de satisfacer las
necesidades del alumno dentro de los trabajos da movimiento de
tierras, esperando que no solamente le sirvan durante sus estudios
de licenciatura, sino que constituyan una guia cuando se enfrenten
durante su vida profesional a los problemas relacionados a este
tema.
3
C A P I T U, L O I I
L.O S M<ATE R_I AL.ES
Ilustración de los diversos tipos de materiales
en una terraceria
los materiales afectan directamente el desempefio de una máquina. Por
ejemplo, un cargador de ruedas es una buena elección para cargar
material suelto, pero si el terreno es dificil, puede no tener
suficiente fuerza de ataque, en este caso, un cargador de cadenas es
la mejor elecci6n. Un banco puede estar tan compactada que debe
usarse un tractor de cadenas para desgarrar el material y empujarlo
con la hoja al cargador.
Los materiales se dividan en tres amplias categorias: ROCA,
TIERRA y MEZCLAS.
La ROCA <granitos, piedras calizas, esquistos, etc.), tiene
poca o nada de tierra, y a menudo debe ser desgarrada o dinamitada
antes de cargarse.
de particulas grandes y gruesas, mientras que la arcilla tiene
particulas peque~as y finas. La arena y el cieno estAn compuestos de
part1culas del tama~o entre las del cascajo y las de la arcilla.
las MEZCLAS de roca y tierra se encuentran en todas partes del
mundo. A menudo, se les da nombres regionales a las diferentes
combinaciones de roca quebrada o disociada según la mezcla de roca y
tierra. Por ejemplo, en muchas de las regiones ~ricias, es común
encontrar mezclas de 9ranito y tierra arenosa, o piedra calinche.
El material tiene tres propiedades de interés para el
contratista: DENSIDAD, ABULTAMIENTO V COMPACTABILIDAD.
DENSIDAD es el peso del material por unidad de volumen. En
movimiento de tierras se expresa en kilogramos por metro cúbico
<lb " yd3).
Metro Cúbico en el Banco Cm3B> - 1 metro cúbico de material en
su estado na tura 1.
Metro Cúbico Suelto (mlS> - 1 metro cúbico de material fuera de
su estado natural.
Cuando se perturba el estado natural del material, éste abulta
más. Esta propiedad de ABULTAMIENTO es el aumento en volumen después
que se ha perturbado y se expresa como porcentaje del volumen del
banco. Por ejemplo, el abultamiento de la capa superior es de
aproximadamente un 43Y.. Un metro cúbico de material del banco es
igual a 1.43 m3 de mate.rial suelto. Es importante tomar en cuenta el
abultamiento, ya que los contratos se pagan, por lo general, en
metros cúbicos en el banco (m3B/yd cúbicas en el banco Cyd3B>. Pero
la manera mas acertada de tomar en cuenta el cambio entre material
en el banco y material suelto, es el FACTOR VOLUMETRICO DE
CONVERSION, o la reducción en la densidad del material, kg/ml
Clb/yd'> del Banco a Suelto.
6
Factor Volumétrico
de conversión
Kg/ml S
Kg/ml B
Si se va a edificar algo en un material suelto o de relleno,
debe cambiarse la densidad del material a su estado en el bance o
m~s compactado. Cuando se COMPACTA un material, se reduce su
volumen. Aunque varios materiales se compactan a diferentes
promedios según el tamaKo de las particulas, contenido de humedad,
presión ejercida, etc., la Contracción o Factor de Contracción, se
puede calcular dividiendo la densidad en el banco por la densidad
por metro cúbico compactado.
Kg /mlB Kgtm•c
7
La tabla es una lista parcial de la densidad aproximada y del Factor de Carga de algunos materiales comunes.
DENSIDAD APROXIMADA V FACTOR DE CARGA EN ALGUNOS MATERIALES COMUNES
Densi\.da.d-ao.nco D•netda.d-Su•llo Factor d•
Mo.t.erlal ...:g/m3 lb/yd'la 'Kg/mls: D/yd'Js Carga.
Are i l la-Seca excavada 3100 1840 2500 1480 0.81
Húmeda excavada 3500 2080 2800 f660 o.so
Arc:illa y cascajo: Secos 2800 1660 2000 1420 o. 71
Húmedas 3100 1840 2800 1540 0.90
Roca putrefacta 75Y. roca 25% tierra 4700 2790 3300 1960 0.70
5011 roca 5011 tierra 3850 2280 2900 1720 0.75
25% roca 7511 tierra 3300 1960 2650 1570 o.so
Tierra-Húmeda excavada 3400 2020 2700 1600 0.79
Cascajo-Mojado 3650 2170 3250 1930 0.89
-Seco 2850 1690 2550 1510 0.89
Arena-Seca, suelta 2700 1600 2400 1420 0.89
Húmeda 3500 2080 3100 1840 0.89
Arena y cascajo-Secos 3250 1930 2900 1600 0.89
Hómedos 3750 2230 3400 2400 0.91
Piedra - Quebrada 4500 2670 2700 1600 0.60
Capa superior 2300 13700 1600 900 0.70
8
conversión, asumamos que un contratista de obras urbanas usa una
mototrailla de ruedas con una capacidad de 8.4 ml para cargar y
acarrear la capa superior son las siguientes:
Densidad
Abultamiento
Factor Volumétrico de conversión 0.70
Si tiene que mover 765 m3B <1000 yd3B>, tiene que encontrar la
diferencia entre metros cúbicos en el banco y metros cúbicos
sueltos, y calcular los ciclos necesarios.
Número de ciclos
Número de ciclos
Nómero de ciclos
Nómero de ciclos
Número de ciclos
130
1000 yd3B(l+0.43l 11 yd•s
130
9
En todo proceso constructivo son tres los recursos o insumos
que directamente intervienen la realización de una obra;
materiales, obra de mano y maquinaria.
La participación de estos recursos está asociada al tipo de
obras que se construyen; asl en la mayar!a de las obras de
edificación estarán presentes fundamentalmente los materiales y la
obra de mano, mientras que en la construcción pesada el recurso
básico lo constituye la maquinaria.
La selección del equipo de c:onstruc:ción es un caso típico de
toma de decisiones; esto es, primeramente establEcemos un objetivo;
a continuación, generamos una serie de alternativas que deben ser
analizadas.
En el caso de la maquinaria de construcción, el proceso se
inicia teniendo en consideración factores de tipo técnico, que dan
como resultado una serie de alternativas de equipos o grupo de
equipos.
Como factores que influyen en la selección de maquinaria:
- Factores relacionados con la obra
Magnitud y clase de obra.
11
La magnitud de la obra, estar~ dada por la cantidad de los
volómenes a ejecutar. El tama~o del equipo a utilizar guardar~
relación estrecha con el tiempo en ejecución con la productividad
obtenida.
Localizaci6n de la obra.
La localización de la obra tiene relación con la maquinaria en
varios aspectos: la altitud sobre el nivel del mar, que afecta la
eficiencia de los motores, las condiciones climatológicas que
influyen sobre la operación, las condiciones topográficas y el tipo
de material predominante que inciden sobre los rendimientos. Asi
mismo la ubicación geográfica de la obra determinada, la mayor o
menor facilidad para contar con refacciones, asesoriu técnica,
talleres especializados de mantenimiento y otros.
Características de las máquinas.
tipos, modelos, tamaWo~ y capacidades; resulta convenierite analizar
varias propuestas antes de tomar la decisión definitiva.
El equipo de construcción como cualquier otro satisfactor, está
sujeto a las leyes de la oferta y la demanda, un estudio de las
condiciones económicas del mercado de maquinaria en el corto y a
mediano plazo, pueden proporcionarnos información valiosa para
orientar nuestra d&cisi6n de adquirir el equipo. También deben
analizarse todas las alternativas existentes: compra de maquinaria,
12
renta, renta con opción a compra.
Una de las opcion~s que se presentan es la de comprar el equipo
nuevo en el mercado, adquiriendo con ello cierta garantía y
seguridad en cuanto a la continuidad de operación de la maquinaria.
Los factores más importantes que afectan el precio de la
maquinaria son: los tiempos muertos por reparaciones preoperativas,
el interés o costo de la inversión muerta durante ese periodo, los
aditamentos que tenga cada opción y el costo de transporte del
equipo a su destino final.
En caso que la situación financiera de la constructora, las
condiciones de programa de obra o las proyecciones de la misma no
aconsejen la adquisición del equipo puede optarse por la renta del
mismo.
de renta en donde se especifican precio y condiciones generales.
13 /
Modelos estándar
EO. ~. ª u, áij.l .álWJ¡ ~ 03C º'º 04H OSH 06H OIH mm
J& - & ~ ~ 09N D1DN 01rn 060 OIG
Tractor de cadena real.i2a.n.do maniobras
14
Existen muchas máquinas para realizar trabajo, pero el tractor
es una que casi siempre estarla presente en trabajos tales de la
construcción como es la excavación por su versatilidad.
El movimiento de tierras se realiza a través de tres
actividades principales, como son: eKcavar, acarrear y colocar los
materiales que han sido atacados en su estado natural. Lo que m~s le
interesa al constructor es obtener máxima producción al minimo costo
y esto dependería de la modalidad de la obra. El tractor equipado
con hoja o dozer llamado comúnmente bulldozer y con un arado o
desgarrador, puede realizar esa triple actividad en forma muy
efectiva dentro de determinadas condiciones.
Bulldazers.- Es el miembro menor de una clase de máquinas
excavadoras que ordinariamente excavan y transportan el material
excavado al lugar de descarga y a menudo, conforman tanto elcorte
como el terraplén en la misma operación.
Los bulldozer son tractores equipados con una hoja de empuje
frontal, que puede levantarse o bajarse con un control hidráulico y
que se utiliza para excavar y empujar. Los agledozers son bulldozers
cuyas hojas se pueden inclinar para empujar lateralmente el material
excavado cuando el tractar se mueve hacia adelante. Cuando sus hojas
se colocan rectas, hacen el mismo trabajo que los bulldozers.
Existen 2 tipos de tractores.
Pueden ir montados sobre orugas o sobre llantas, aunque para
los segundos los tractores tienen que ser más robustos.
Los tractores de orugas son los que en mayor nómero llevan los
15
equipos de bulldozers para hacer excavaciones o fuertes empujes,
pero cada vez aumenta el número, que se monta en tractores con
propulsión en las cuatro ruedas.
Ambos son muy utilizados en construcción, sin embargo, para
excavar, el de carril es más conveniente en términos generales. Para
seleccionar el tractor que debe usarse, es necesario tomar en cuenta
el tipo de obra por ejecutar, superficie de rodamiento y pendiente,
dureza de las materiales por excavar, distancia de acarreo,
dificultades de ataque, cantidades de obra por ejecutar, pero cuando
se requieren tractores para excavar, podemos atrevernos a decir que
la oruga es el más utilizado.
III.2.1 PARTES DEL TRACTOR
El tractor de orugas consta de un motor diesel, apoyado en un
chasis, un sistema de transmisión de diseNo planetario para enviar
la potencia generada por el motor mediante mandos final~s al sistema
de trAnsito.
El motor es de combustión interna, de cuatro tiempos, seis
cilindros. La potencia neta en el volante está indicada baja
determinadas características de temperaturas, presión barométrica y
revoluciones por minutos.
El sistema de tránsito consta de cadenas formadas por pernos y
eslabones a las cuales se atornillan las zapatas de apoyo. Estas
16
cadenas se deslizan sobre rodillos conocidos como 11 roles 11 • En el
extremo posterior de la cadena se encuentra la catarina, que es un
engrane propulsor que transmite la fuerza tractiva.
Los t\'•actores de oruga tienen diversos aditamentos, siendo el
principal la hoja empujadora o dozer, cuya función puede ser
excavar, desmontar y empujar otras máquinas. El tractor de orugas
tiene la gran ventaja de que construye sus propios caminos de acceso
para llegar a los sitios de trabajo, pueden operar en zonas
monta~asas y de fuerte pendiente, tienen mejor tracción al tener
mayor adherencia con la superficie de apoyo que las tractores de
llanta ..
Chalmers, International, que pueden tener caracteristicas
especiales, que los hacen más o menos populares entre el gremio de
los constructores, pero quizA los factores que más influyen para
adquirir una marca, sean la oportunidad, la existencia, facilidades
de pago, precio, posible valor de rescate, pero muy especialmente el
servicio de refacciones y mantenimiento que ofrezca el vendedor.
La capacidad de un tractar estA en función de su potencia, de
su pesa. La potencia nos determina la fuerza tractiva diSponible en
el gancho o barra de tiro y está afectada por la altura sobre el
nivel del mar, la temperatura~ la resistencia al rodamiento de la
superficie donde se desplaza la máquina y por la pendiente. La
máxima fuerza tractiva estA fijada por el peso de la mAquina
17
Las hojas de especificaciones que ofrecen los distribuidores de
equipo dan las características de los distintos modelos y desde
luego el tamaKo del tractor es proporcional a su potencia en el
volante determinadas R.P.M., la que se transmite mediante
mecanismos y determinan la tracción en la barra de tiro utilizable
a distintas velocidades, la cual estA afectada por las condiciones
del suelo, pendiente, altura sobre el nivel del mar. Este último
aspecto superado en las máquinas modernas por la instalación de tubo
cargadores y enfriadores de aire.
El tractor tiene diversas aplicaciones y aditamentos.
- Aditamento frontal llamado hoja dozer.
- Arado, desgarrador o Ripper en la parte posterior del
tractor.
IIl.2.2 HOJAS TOPADORAS
La hoja es una estructura maciza que tiene un respaldo y una
base rectangular; el filo delantero de la base es una hoja plana a
cuchilla de acera tenaz, duro, que protege por delante y por debajo,
el resto de la hoja. El frente de la hoja se llama vertedora y es
con cara e inclinada hacia atrás.
Como al empujar esta hoja se clava en el terreno, normalmente
corta y rompe la tierra empujando la hoja hacia arriba, siguiendo la
18
curva de la vertedera hasta que cae hacia adelante. El material que
se empuja hacia adelante de la hoja se mantiene as!, más o menos en
movimiento rotatorio, lo que tiende a emparejar la carga por
producirse menos rozamiento; por lo cual, puede soportar una carga
mayor que en una vertedera plana vertical. El peso de la tierra, al
principio, ayuda a la penetración, pero luego, al completarse la
carga la empuja a la curva superior de la hoja quit~ndole peso a la
cuchilla, de manera que corta menos.
La hoja lleva en el filo delantero de su base una cuchilla, que
también es de acero y con piezas intercambiables.
Se le pueden dar tres posiciones a la hoja la baja, para que la
cuchilla no toque el pavimento; a nivel, para que rasque el
pavimento, pero que no la corte y, la alta, en la que las zapatas
quedan fuera de funcionamiento y la hoja para normalmente.
Los brazos de empuje deben estar unidos a la hoja cerca de sus
aristas exteriores, ya que los mayores esfuerzos ocurren en las
esquinas, una excepción se presenta cuando se empujan las escrepas,
cuando queda sujeta a choques violentos al ponerse en contacta una y
otra vez.
" Ho;'a Recta - El Angulo ajustable de a taque controla la
penetración de la hoja.
11 Ho;'a PAT Corientable e inclinable a potencia.> - para el 03C,
04C, D4H y DSH, estAn diseNadas para nivelación de acabado, relleno
19
de zanjas, corte de zanjas en 11 V11 , formar camellones, esparcir
rellenos, conformación de terreno, desmonte ligero y limpieza.
* Hoj'a Orientabte - 25 • a la derecha: el bastidor en 11 c 11
permite el montaje de otros accesorios.
" Ho;'a Universal. - sus flancos de 25" aumentan su capacidad,
disminuyen los derrames.
* Ho;'a Sern.iuniversal. - combina la buena penetración de la Hoja
Recta y la mayor capacidad de la Hoja Universal con sus flancos de
25•.
" Ho;'a Am.ortieuada para el D9 - acelera el contacto entre el
tractor y la trailla, y es lo suficientemente versátil para mantener
la zona de corte.
inclinación y ángulo de ataque hidráulico.
son rectas, con
* Et disef'io de sección en caja - aumenta la rigidez y fortaleza
de las hojas.
Para buena producción se requiere adecuada relación entre la
hoja empujadora y el tractor. Considere primero la clase de trabajo
que haria el tractor la mayor parte de su vida útil. Luego, halle lo
siguiente:
20
- Limitaciones de los tractores.
Ma~eriales que se van a mover.
Si bien la mayoria de materiales se pueden mover con la hoja,
su rendimiento varia de acuerdo con las características de cada uno,
tales como las siguientes:
Tamaf"ío y forma de las pa.rtic~ias. Mientras mAs grande sean las
particulas, mAs dificil es la penetración de la cuchilla. Y como las
particulas de borde cortantes se oponen a la acción natural de
volteo que imparte la hoja empujadora, se necesita mAs potencia, que
para mover igual cantidad de tierra con particulas de bordes
redondeados.
Vacios. Cuando no hay vacios, o son muy pocos, la mayor parte
de la superficie de cada particula, está en contacto con otras. Esto
constituye una ligazón que debe romperse. Un material bien graduado
carece de vacios, y es generalmente muy denso, de modo que es
dificil extraerlo del banco o tajo.
Contenido de ª8'Uª· En casi toda materia seca es mayor la
ligazón entre las particulas, y es mAs dificil la extracción. Y si
está muy hómeda, pesa mA.s y se necesita mAs potencia para moverla.
Con un grado óptimo de humedad. es muy bajo el contenido de polvo,
resulta muy fácil empujarla, y el operador no se fatiga.
Las desventajas a causa del congelamiento dependen del grado de
humedad, pues se intensifica la ligazón entre las particulas en
21
relación con el mayor contenido de humedad y el descenso de
temperatura. El enfriamiento de una materia completamente seca no
altera sus caracteristicas.
La penetración fácil de la hoja, depende de la relación de hp
por cada metro de la cuchilla. Mientras más alta sea la relación de
hp/m, mejor es la penetración. La relación de potencia por rnl de
material suelto revela su grado de aptitud en el empuje de la
tierra. Mientras mayor sea la potencia por ml suelto, más capacidad
tiene la hoja para empujar la tierra con más velocidad.
Lindtaciones de los tractores.
El peso y la potencia disponible de la máquina determina su
capacidad de empuje. Ningún tractor puede aplicar más empuje, en kg
que el peso de la máquina más la fuerza máxima que suministre el
tren de fuerza. Ciertas características del terreno y las
condiciones del suelo, en la obra, limitan la aptitud del tractor de
utilizar su peso y potencia.
HOJAS PARA TRABAJO CONTINUO
1~1•• ... , * Ho;'a U (Universal.) Los amplios flancos de esta hoja
incluyen cantonera de un extremo y por lo menas una sección de
22
cuchilla que facilitan el empuje de grandes cargas a largas
distancias como en trabajos de recuperación de terrenos,
apilamiento, alimentación de tolvas y amontonamiento para
cargadores. Como no tiene muy buena penetración por su menor
relación de KW/metro <hp/pie) de cuchilla que la Hoja s, la
penetración no debe ser el factor primordial. Aunque su relación de
KW/Lml <hp/Lydl) sea menor que el de la Hoja S u Hoja S-U, esta hoja
es excelente con material liviano o más fácil de empujar. Equipado
con un cilindro de inclinación (estándar en el D7H, D8N 1 D9N, D10N,
y D11N, dos cilindros, optativos, en el D10N y D11N como accesorios,
en el 09N para modificación especial>, retiene algo de la
versatilidad de la Hoja S. Un cilindro de inclinación mejora su
habilidad para abrir zanjas, para nivelar, y su
desprendimiento. Asi aumenta su utilidad en
generales.
muchos
trabajos
11 Hoja ºSU" - La hoja 11 SU 11 (semiuniversal), combina la~ mejores
caracteristicas de las hojas S y U. Tiene mayor capacidad por
habérsele a~adido alas e incluye sólo las cantoneras. Las alas
mejoran la retención de la carga y permiten conservar la capacidad
de penetrar y cargar con rapidez en materiales muy compactados y de
trabajar con una gran variedad de materiales en aplicaciones de
23
producción. Un cilindro de inclinación (est4ndar en el
DBN, D9N, DlON y D11N, o dos cilindros en el DlON y
D6H,
011N
D7H,
como
accesorios, y en el D9N como modificación especial), aumentan la
productividad y versatilidad de esta hoja. Si bien la hoja SU puede
aventajar a la hoja S en producción, no tiene su misma capacidad de
esparcir material en nivelación de acabado.
HOJAS PARA USO GENERAL
* Hoja S Crecta.>. La hoja recta es la más adaptable de todas.
Debido a su disef'ío en 11 U11 modificada (disponible sólo para el DB, 09
y D11N), es muy útil. Como es más pequei"ía que la hoja "U o SU 11 es
más fácil de maniobrar, y puede empujar una gran variedad de
materiales, y puesto que su relación de hp/m de cuchilla es mayor
que en la hoja 11 U o SUº, tiene mejor penetración, y recoge buenas
cargas. Un cilindro de inclinación (estándar en el 07, DB, D9 y 011N
y dos, op~ativos, en el D9 y DltN>, mejoran su rendimiento y
adaptabi 1 idad. Debido a, su mayor relación de hp por ml, la hoja "S"
puede mover con facilidad materias densas. Con pl3ncha de empuje, es
muy buena en la carga de traillas.
24
lf La Hoja Pu Hoja PAT Cincl.inable y orientable a potencia.:> de
Caterpillar para el 03C, D4C 1 04H y 05H, está dise~ada para hacer
trabajos de nivelación, de relleno, para (embellecimiento del
paisaje), esparcimiento de material de relleno y desmonte mediano de
terreno. El 03 y 04 utilizan dos palancas de control. La otra
palanca es para orientar la hoja a la derecha o a la izquierda. El
D4H y 05H utilizan una palanca o una barra en "T 11 • El levantamiento,
inclinación y orientación de la hoja, los controla una palanca.
HOJAS PARA TRABAJOS ESPECIALES
especiales para ciertos trabajos. Se disef"ían para elevar la
producción en algunas labores, pera la especialización tiende a uso
especial más utilizadas.
* Hoja A Corientabl.e.) - Se puede situar en posición recta o en
ángulo de 25• a derecha o izquierda. Está diseNada para empuje
lateral, corte inicial de caminos, rellenos, apertura de zanjas y
25
otras tareas similares. Puede reducir las maniobras necesarias para
hacer estas tareas. Su bastidor en "C" se utiliza para accesorios de
empuje, desmonte de tierras o remoción de nieve •
•
" Hoja C CAEH) - Esta hoja amortiguada se usa en el D8N al D11N
para el empuje de traillas sobre la marcha. Los tacos de caucho
absorben los impactos al hacer contacto con el bloque de empuje de
la trailla. Es también útil en conservación y servicio general. El
bastidor en 11 C11 angosto, aumenta la maniobrabilidad de la má.quina
aun en zonas de corte encerradas y reduce el riesgo de da~ar los
neum~ticos como con las hojas S y U.
N Cortador de árboles V. Reme, Balderson/Fleco y Weldco/Beales
ofrecen esta hoja para limpieza de terreno y corte de Arboles,
tocones, maleza y nivelación de terreno. Un Angulo agudo en V,
formado por las dos hojas, utiliza el peso del tractor y la potencia
aplicada en la linea central del cortador. La utilización de la
fuerza del tractor permite cortar a un ritmo sostenido y desplazar
26
* Rastrillo - Reme, Balderson/Fleco y Weldco - Beales ofrecen
una variedad de rastrillos para utilizar en aplicaciones de limpieza
de terrenos. Pueden trabajar con vegetación hasta una altura de
Arboles medianos y ofrecen una buena penetraci6n del suelo para
sacar pequeNos tocones, rocas y ralees. En la mayoria de los casos,
las puntas de los rastrillos son reemplazables.
Las más frecuentes son, la recta y la angulable. Todas vienen
equipadas con piezas de desgaste como son la cuchilla en la parte
inferior y las puntas de extremo o 11 9avilanes 11 • Estas piezas san las
que inician el afloje de la excavación y pueden cambiarse cada vez
que se requiera, en esta forma se protege la hoja que es un elemento
caro.
27
Mecanismo en paraleloera:m.o con paso hidrAuLtco ua.riabLe. En el
DBN, D9N, 010N y D11N. El operador puede ajustar el ángulo de la
punta del desgarrador al tipo de material para obtener mejor
penetración a cualquier profundidad de desgarramiento y aumentar la
producción.
El. diserl'o de mecanismo en pa:ra!eLofira.mc /tjo se usa en el D7H,
D6H, D7G Y 060. Este diserlo mantiene un ángulo constante de la punta
a cualquier profundidad de desgarramiento.
Los des6arradores radiales son de vástagos mOltiples con viga
ancha para trabajas generales cerca de paredes, cimientos y aceras.
Cinco vástagos para el D3C, 04c·, 931C y 935C; tres para el 943, 953,
963, 973, D4H y D5H.
Desea:rradores de un vástaso para el OSN, D9N 1 OlON y D11N para
aplicaciones de desgarramiento duro y profundo.
De uá.sta(SOS m.úl. t i.pLes en todos lOs modelos de desgarrador
incluyendo el DBN, D9N, D10N y D11N c:cn viga ancha en materiales
dif!ciles de desgarrar.
Los des8a:rradores de impacto son de un vAstago, hídrAulico. En
aplicaciones dif1cile5, el desgarrador de impacto no sólo quiebra
m~s roca sino que lo hace con rocas más duras. Esta unidad se puede
obtenef' de Custom Ha.chine Products <Productos de Modificac:i6n
28
Especial de Fábrica) en una máquina nueva, instalado como accesorio
en el DlON y DllN.
DEFINICION DE LAS FUERZAS
continúa hacia arriba, generada por los cilindros de levantamiento
del desgarrador, medida en la punta del desgarrador. La fuerza de
desprendimiento se mide con el vástago en la perforación superior,
en posición vertical y con el desgarrador en el punto má.xima
inferior. La fuerza de desprendimiento puede estar limitada par la
capacidad hidráulica o por el equilibrio.
"Ftlerza de penetraci6n", en kil.onewtons Cy libras.) - La fuerza
máxima continúa hacia abajo, generada por lo cilindros de
levantamiento del desgarrador, medida en la punta de éste, que se
requiere para levantar el extremo trasero del vehiculo con la punta
en el suelo y el vástago en posición vertical Ccon el pasador
colocado en la perforac:i6n superior).
"Ftlerza de impacto del des8arrador", se miden con el vástago en
la posición máxima hacia atrás, y no incluyen lo efectos de la
fuerza de impacto del martillo. Las fuerzas de impacto que se
indican son a lo largo de la linea de centro de la punta.
29
Dimensiones:
Largo del desgarrador detrAs de la cadena, vAstago vertical,
desgarrador levantado.
Distancia desde la punta del vastago hasta la cadena, vAstago
vertical.
L Alcance mAximo al nivel del suelo
M Despejo mAx. debajo de la punta <vástago en la perforación
inferior.
30
N Angulo máx. de rampa, desgarrador levantado <vAstago en la
perforación inferior.
Despejo por debajo de la viga, vástago vertical
El desgarrador es un equipo adicional que forma parte de los
tractores, y que consiste en una especie de arado, tres y hasta
cinco rippers o dientes. Estos pueden ser rectos o curvos, y van
montados en la parte delantera o trasera del tractor. Generalmente
son de acero y de puntas intercambiables y alcanzan una penetración
aproximada de 40 a 90 cm. según el equipo que se emplee.
Es un implemento auxiliar que realiza el afloje de la
excavación.
El arado se acopla a la parte posterior del tractor y consiste
en afloje de la excavación.
El arado se acopla a la parte posterior del tractor y consiste
en una viga horizontal, la cual tiene en su extremo un v~stago
vertical y éste a su vez termina en su parte inferior en una
casquillo
punta
en el llamada casquillo. Al penetrar el vástago con su
terreno y ser jalados por la fuerza tractiva van rompiendo la
estructura del material que se pretende excavar y logrando con esta
el afloje requerido para que pueda cargarse mediante excavadores
frontales o motcescrepas o acarrearse con bulldozer.
31
Es fundamental conocer el tipa de material que se pretende
excavar para decidir sabre el uso del arado. En tárminos generales
la decisión, no sólo se apoya en la dureza de la roca, sino en sus
condiciones geol6gicas, pueden ararse si presenta las siguientes
caracteristicas:
- Conglomeradas opacadas con materiales arcillosos
Lo que más se desgasta al desgarrar roca son los casquillos,
que se fabrican en 3 tama~os, corto, intermedio y larga. Recomiendan
los fabricantes usar el tipo de casquillo más largo posible, siempre
y cuando no se rompa. Esto nos lleva a tomar decisiones en función
de resultados previas, pero lo importante es evitar el rompimiento o
desgaste prematuro de los casquillos, pues encarecen en.el costo del
desgarramiento.
La penetración más frecuente es del 6rden de 30 6 40 pulgadas.
32
El Bulldozer tiene diversas aplicaciones y es una máquina muy
eficiente para ewcavar. Tiene ciertas limitaciones, especialmente en
la distancia de acarreo y en nivel de piso eKcavaci6n. Lo mAs
conveniente para una mayor producción seria no acarrear, como una
excavación en un camión de penetración que va en ladera,
desperdiciando en material, caso poco frecuente, pues los acarreos
medios de bulldozers son del orden de 30 metros a 50 metros. La
distancia máxima de acarreo aconsejable es de 100 metros. En ese
caso se aumenta mucho el tiempo del ciclo por la baja velocidad del
tractor y disminuye el rendimiento por lo que resulta anti-económico
acarrear a distancias mayores de 100 metros. El escurrimiento del
material por los ládos de la hoja pueden ser otro factor que limite
la distancia del acarreo.
- Desmonte, desenraice
Construcción y mantenimiento de caminos de acceso
- Despalme de banco y arreglo del piso de los mismos
- Afloje de material para cargadores frontales
- Afine tosco de taludes
- Rellena de zanjas
- Extendiendo material en terraplenes y
- Remolcando equipo de compactación.
Rendimiento.- Es lñ cantidad de obra que realiza una máquina
por unidad de tiempo.
formas:
c) Por medio de tablas proporcionadas por el fabricante.
a) Cálculo del rendimiento de un tractor empujador ·por medio de
observación directas
La obtención de los rendimientos por observación directa es la
medición 11sica de los volómenes de los materiales movidos por la
máquina durante la unidad horaria de trabajo, tiene la desventaja de
que no proporciona resultados a priori, es decir, si se desea
programar con anticipación el rendimiento de la máquina este método
no seria práctico si no se tiene experiencia en el ramo, si no se ha
34
trabajado antes con cierto tipo de material o se desconocen las
condiciones climatol6gicas imperantes en la zona donde se encuentra
ubicada la obra, por lo tanto no se mencionará más a fondo, aunque
cabe destacar que es muy óil cuando se trata de calcular qué tanto
se aproxim6 a la reaidad el rendimiento calculado por cualquiera de
los dos métodos que veremos má.s adelante.
b) Cá.lculo del rendimient.o por medio de reglas y fórmulas
e teórico):
Este método nos proporciona resultados que se puedan acercar
mucho a la realidad, en la medida en que tomemos en consideración
los factores que afectan el rendimiento y no están considerados en
las fórmulas, por ejemplo, la experiencia del operador, la
dificultad que presenta el material para ser cortado, etc.
Para estimar la producción de los tractores empujadoes según
reglas y fórmulas se debe tomar en cuenta que:
La fuerza tractiva en la barra de un tractor está e>:presada
por:
En donde:
kW Potencia nom;11al.
35
velocidad y tracción en la barra de tiro.
La resistencia al rodamiento es la fuerza que se opone al
movimiento de una máquina sobre un camino a velocidad uniforme. Se
calcula en funci 6 n del peso del vehículo multiplicado por el
coeficiente de resistencia al rodamiento.
R.R Peso de la máquina x coeficiente de R.R.
La resistencia a la pendiente es la componente del peso de la
máquina paralela al plano inclinado. Su valor está en función del
peso del vehículo y de la pendiente
R.P Peso del vehículo x X de pendiente I 100
Las resistencias al rodamiento y a la pendiente se restan a la
fuerza tractiva en el gancho y se obtiene la fuerza tractiva
disponible para realizar el trabajo, sin olvidar que la ·máxima está
definida por:
F.T. má.>< Peso del tractor x coeficiente de tracción
La fuerza tractiva disponible determina la velocidad de marcha
que a su vez nos permite calcular el tiempo del ciclo; este se
integra con tiempos fijos y tiempos variables. Los tiempos fijos son
36
la capacidad de la hoja topadora es:
e
Donde
Si el talud es 2:1 entonces T g X = 1/2
y C LH2
Con los datos anteriores se puede calcular la producción de
tractor que queda expresada por:
donde
P es la producción en ml/hora
E es la eficiencia del trabajo en minutos/hora
Te = Tiempo del cicla en minutos.
un
los factores de corrección correspondientes al tipo de trabajo que
realiza.
37
1
1
¡ 1
1
e) Cálculo rendimiento por medio de Tablas proporcionadas por
el fabricante.
curvas que se muestran más adelante y aplicando los factores
necesarios la fórmula seria:
X <Factores de corrección).
Estas curvas de producción dan la capacidad máxima te6rica para
cuchillas rectas <R> y universal <U> estAn basadas en las siguientes
condiciones.
2. Máquinas de transmisión automática.
3. La máquina corta el material a lo largo de 15 mts. de ah1 sigue
38
con la cuchilla llena acarreándolo.
4. El peso especi fice del material es de 1.300 ~m:t suelto o bien
1.790 Kg/m3 de material en banco.
El tractor empujador, especialmente montado sobre orugas, es la
máquina cuya producción requiere de mayor cuidado al ser
determinada, ya que la gran variedad de trabajos que ejecuta lo hace
particularmente dificil. La producción será constante cuando la
máquina se utilice para trabajar en una pila de material pétreo,
homogéneo y de partículas pequeKas y se irá c~mplicando si se
utiliza con cuchilla angulable extrayendo material con los gavilanes
y lo será más si se encuentra en un banco de roca mal tronada
haciendo la rezaga.
MATERIAL
Suelto y apilado Dificil de extraer; con gavilán Sin usar gavi lAn Dificil de empujar no cohesivo) Roca desgarrada Roca mal tronada
FACTORES DE CORRECCIDN
39
MATERIALES PESADOS
Si se trata de mover material mayor de 1790 kg/ml 1300 Kg/m3 suelto, obtener el coeficiente dividiendo entre el real (la producción debe decrecer>.
EFICIENCIA DE TRABAJO
40
0.84 0.67
PENDIENTE
La pendiente afecta la producción y el factor de corrección se
obtiene del siguiente cuadro, haciendo la anotación de que siempre
que sea posible debe aprovecarse la pendiente a favor de la
producción.
/ o.4o
0.60
/ 1/
}---¡,~!~~lO,---~C!~~.~.~~,L!~i,,~~,L,s~-1¡Lo~-!Ll5~li!O~_J!I~ METROS
DISTANCIA DE ACARREO <EN METROS)
NOTA: <U> HOJA UNIVERSAL
42
Ejemplo:
Un DBH con una hoja recta SS excava un material arcilloso muy
empacado y acarrea a una distancia de 90 mts., en una pendiente
positiva del 4Y.. El peso volumétrico suelto es de 16~0 Kg/m3 y se
trabajan horas de 50 minutos con un operador mediano. Calcular la
producción horaria.
De la gráfica de la producción ideal es de 230 ml suelto/hora.
Factores de corrección
0.75
o.so
O.S3
o.S4
0.92
P = 230 X 0.75 K O.SO K 0.S3 X 0.S4 X 0.92 SB.51 m3-sueltos hora
Cuando sea posible, debe procurarse siempre que las máquinas no
trabajen cargadas cuesta arriba.
Se puede verificar el problema anterior medi~nte la fórmula
general:
43
0.04.
Longitud 4.00 m.
Capacidad LHª = 4.00 x (1.36)Z = 7.39 m3 sueltos, l>sto
considerando un talud de reposo del
material de 2.1.
Resistencia total del ~ :i. 1ª. carga:
Rt del tractor 3a,OOO (0.04 + 0.04)
Rt de la carga 12, 1'13 kg + 12, 193 x 0.04
Resistencia Total
Para calcular !A velocidad Qg ida:
375 X 270 H.P. X o.a V= 15,720 l(g x 2.2 lb = 2 •34 mph
kg
Velocidad media 3.74 x o.a 2.992 kph
44
15,720 kg.
Puede regresar a la velocidad máxima al bajar sin carga a razón
de 13 kph. Los fabricantes recomiendan que en reversa el tractor
opere en segunda velocidad a 8.4 kph para no da~ar el tránsito, por
lo que se considera ésta como velocidad media.
De Ida
De regreso
Tiempos fijos
90 m. x 60 min. B,400 m.
7.39 m3 x 50 min/hr 2.53 min.
0.7:.
Peso volume ... co Cya considerada)
Pendiente Cya considerada)
146 ml sueltos/hr.
P = 146 ml/hr. x O. 75 x o.so 87.6 m3 sueltos/hr.
Resultado similar al anterior.
coeficiente de tracción de la tabla.
45
el
Valor superior a la resistencia total de 15,720 kg.
En el caso de que el ejemplo fuera con tractores de transmisi6n
directa, los tiempos fijos son de 0.1 min.
46
III.3 CARGADORES
CARGADORES DE RUEDAS Cucharones de 1.0 a 10.4 m• (1.25 a 13.5 yd3>
~ .. ~ ~ ~{¿ ~ • 910º '" 926E 930·· 9J6E 950E
~!A ~ ~ ... ~ 966C'• 966E 9BOC' sses· 992C•
CARGADORES DE CADENAS Cucharones de O.B a 2.8 m3 C1 .. 0 a 3.75 ydl)
Fi6'JI'a de t.tn Car6ador de ca.den.a. 973 Caterpillar
47
Esta m~quina puede utilizarse para la excavación, carga, y
transporte de material a distancias cortas.
El uso de cargadores de soluciones modernas a un problema de
acarreo y carga de materiales, con la finalidad de reducir los
costos y eleva~ la producción.
BAsicamente consisten en un cucharón adaptado en la parte
delantera de cualquier tractor, ya sea de orugas o de llantas.
El cucharón es una caja de construcción simple. Una cuchilla
pesada de acero templada corre a lo largo del frente y parcialmente
hacia arriba de las ladas. La porción posterior y superior est~
curvada hacia adelante.
Los cucharones son usualmente del mismo ancho que los costados
de las orugas. Y tiene una hilera de dientes que sii•ve para excavar.
Bastidor del Ca.rea.dar.- El bastidor está compUesto de un
conjunto de partes soldadas masivas fijadas al bastidor de las
orugas y/o al bastidor central. Lleva los pasadores del pivote o
articulación para los brazos de empuje y descarga, y sus cilindros
hidrAulícos, y transmite los esfuerzos del peso, empuje y torsión
del cargador al tractor. tos brazos de empuje o de elevación están
articulados a la parte alta del bastidor, y se extienden hacia
adelante y hacia abajo hasta articulaciones cerca del fondo del
48
cucharón. Una viga transversal sólida los une cerca del frente. los
brazos de descarga están compuestos usualmente de una o tres brazos
articulados o palancas que pivotean en los lados de los brazos de
empuje. Están sujetos a los vástagos de los pistones de los
cilindros hidráulicos de descarga en la parte de atrás y al cucharón
en el frente. La tonstrucción combinada sirve para aumentar la
rigidez y algunas veces para variar los brazos de palanca.
Controles
El cucharón estándar tiene tres movimientos de trabajo, se
levanta y baja por medio de dos cilindros hidráulicos que lo
controlan a través de los brazos de empuje, se inclina o gira entre
las posiciones de acarreo y descarga, mediante los cilindras
hidráulicos de descarga y articulaciones, y se llena y retrocede
mediante el movimiento hacia adelante y de reversa del tractor.
La altura de descarga es la elevación arriba del nivel del
terreno del barde del cucharón en la posición de descarga. La altura
máKima de descarga varia desde 7 hasta 10 pies.
El cucharón inclinable es una gran ventaja, al permitir aplicar
una fuerza de ataque en un banco, que es mucho mayor que la potencia
de elevación y que no empuja en frente del tractor hacia abajo.
El cucharón inclinable tiene un indicador sobre el cilindro
hidráulico de descarga que indica al operador si aquél está
horizontal o inclinado.
El cucharón inclinable es ~til para cortar hacia arriba en los
49
bancos duros o resistentes, y para recoger y acarrear cargas
pesadas, amontonadas o lodosas, y objetos de tama~o excesivo. Mejora
el equilibrio mediante el movimiento de la carga hacia el tractor.
III.3.2 Tipos de Cucharones
Entre los cucharones tenemos:
1 l Bote ligero
4) Bote para Demol ici6n
5) Bote Eyector de Roca
6) Bote de Rejilla
1) Bote Lisera.- Los equipos que ~nicamente van a cargar
materiales sueltos y poco abrasivos, tiene un bote ligero y en la
parte extrema del labio inferior estAn reforzadas por una cuchilla
que es la que primero entra en el material que se va a mover.
2> Bote Reforzado.- Cuando se necesita excavar, además de
cargar entonces el bote es un poco más fuerta que el anterior y
viene equipado con una serie de puntas o dientes repartidos en el
mismo sitio en que el anterior lleva cuchillas. Los dientes tienen
por objeto facilitar la penetración del cucharón dentro del
material.
50
Estos dientes están cubiertos por un casquillo de acero
especial, resistente a la abrasión y cuando sufren desgaste
considerable se cambian por nuevos con objeto de proteger a los
dientes y al bote mismo.
3) Bote Super Reforzado con Dientes.- Cuando el material que se
va a cargar es roca fragmentada o lajar, entonces se debe usar un
bote especial super reforzada, que es igual al bote de excavaciones
pero más fuerte. Algunos botes para roca tienen su borde inferior en
forma de 11 V11 y no llevan dientes, sino cuchillas.
Este tipo sirve para cargar desechos y escombros de forma
irregular, para esto cuenta con una mandíbula con fuerza hidráulica
cuyos bordes son dentados. Las planchas laterales son desmontables
para mejor agarre de materiales grandes.
4) Bote Eyector de Roca.- El eyector es utilizado para
desgargar el material que se encuentra en el bote, ya que éste
avanza hasta el extremo delantero; por esta causa es posible regular
la eyecci6n del material a fin de situar bien la carga y minimizar
los choques en la caja del camión. La cuchilla en 11 V11 truncada
facilita la penetración y la carga.
5) Bote de Rejilla..- Se utiliza para el manejo de roca suelta.
Las aberturas del fondo permiten que el material indeseable caiga a
través de éstas.
Por la forma de efectuar la descarga
a) Descarga frontal
b) Descarga lateral
a) Desca.rsa frontal.- Los cargadores con descarga frontal son
los mAs usuales de todos. Estos voltean el cucharón o bote hacia la
parte delantera del tractor, accionándolo por media de gatos
hidráulicos.
Su acción es a base de desplazamientos cortos y se usa para
excavaciones, o manipulación de materiales suaves o fracturados, en
los bancos de arena, grava, arcilla, etc. Se usa con frecuencia en
rellenas de zanjas y en alimentación de agregados o plantas
dosificadores o trituradoras.
Una derivación de.este tipo de descarga, es cuando se usa el
cucharón tipo concha de almeja, al que también se le llama bote de
uso múltiple. Este se puede, abrir en dos para cargar o descargar,
además de que se puede usar como bote de descarga frontal.
b) Desea.rea Lateral.- Puede descargar hacia adelante de la
manera usual, y además puede descargar por el lado izquierdo gracias
a un gato adicional. Este tiene como ventaja que el cargador no
necesita hacer tanto movimiento para colocarse en posición de cargar
52
el camión o vehiculo que se desee, sino que basta que se coloque al
vehiculo paralelo.
Sólo se justifica su uso en condiciones especiales de trabajo,
por ejempla, en sitios donde no hay muchos espacios para maniobras,
como en rezaga de túneles de gran sección, o en cortes largos de
caminos, ferrocarriles o canales.
CUCHARON DE DESCARGA LATERAL: Desca:raa hacia et frente o hacia l2 izquierda. Reduce tos vira)'es, facilita la car8a en espa.cios cerrad.os y es mu.y útit en calles transitadas. se recomienda et contrapeso de 336 k.tJ. Requiere vAtvula hidrAulica adicional.
c~ Descar6a Trasera.- Los equipos de descarga trasera se
diseNaron con la intención de evitar maniobras del cargador. En
éstos el cucharón ya cargado pasa sobre la cabeza del operador y
descarga hacia at1~As, directamente al camión o a bandas
transportadoras o a tolvas.
Estos equipos resultan sumamente peligrosos y causan muchos
accidentes, porque los brazos del equipo y bote cargado pasan muy
cerca del operador.
a) De Carriles (orugas)
Las orugas son de calibre ancho para mejorar la estabilidad
contra el volcamiento lateral cuando acarrean cargas pesadas.
Los cargadores montados sobre llantas pueden ser de dos o
cuatro ruedas motrices. Generalmente se utilizan llantas muy
grandes. Estas sirven para proporcionar una excelente flotaci6n que
les permite trabajar en la mayoria de los terrenos.
54
El sistema de tránsito de estos cargadores consta de cadenas
formadas por pernos y eslabones, a las cuales se atornillan las
zapatas de apoyo. Estas cadenas se deslizan sobre rodillos,
conocidos comúnmente como roles. En el extremo posterior de la
cadena se encuentra la catarina que es un engranaje propulsor que
transmite la fuerza tractiva.
Un adecuado ancho y largo de las orugas es necesario para
estabilidad contra el volcamiento lateral cuando acarrean cargas
pesadas.
Estos tipos de cargadores tienen una conexión rigida entre el
bastidor de las orugas y el bastidor principal, pues de esta manera
se mejora la estabilidad.
El tipo de las zapatas de la oruga utilizada, tiene influencia
considerable en la técnica de excavación. Si las zapatas son planas,
las orugas patinarian bastante fácilmente sobre muchos suelos, y asi
interfiere con la dirección y tracción e impide que toda la potencia
de la máquina se aplique al trabajo.
Las garras en un cargador es que éstas desgarran el suelo
cuando dan vueltas, produciendo agujeros que hacen el trabajo lento
y a veces peligroso.
zapatas regulares, o sustituirse las zapatas de garras por aquéllas.
55
Las garras pueden colocarse en sólo seis u ocho zapatas de la oruga
uniformemente espaciadas de cada lado para el trabajo en lodo. Esto
es muy satisfactorio como un arreglo temporal para terrenos suaves,
pero proporciona a las orugas, rodillos y al operador un movimiento
demasiado brusco sobre suelo firme.
CarBador de llantas operando sobre material acamellonado
III.3.3.2 CARGADORES FRONTALES MONTADOS SOBRE NEUMATICOS <PAYLOADERSl
Los Cargadores Frontales Montados sobre Tractores Pesados de
cuatro ruedas motrices, son la mayoría de estas mAquinas que estAn
equipadas con convertidores de torsión y transmisiones de cambio
56
directo o servotransmisi6n.
El radio de giro es mucho mayor que el de los de oruga, de
manera que requiere más espacio para maniobrar del banco hacia el
camión y de regreso. El recorrido más rápida y usualmente los
cambios de velocidad más rápido y mantienen el tiempo del ciclo tan
reducido como el de los de oruga convencionales. Generalmente se
utilizan llamas muy grandes. Estas sirven para proporcionar una
excelente flotación, que les permite trabajar en la mayoria de las
bases.
Los Cargadores Frontales Montados Sobre Neumáticos, se pueden
utilizar con ventajas en los siguientes casos:
a) Cuando sea importante el acarreo de materiales en tramos
cortos.
e) Cuando los materiales están sueltos y pueden atacarse
fácilmente con el cucharón.
d) Donde el uso de arugas sea perjudicial al terreno por no
ajustarse a las restricciones de tipo legal.
e) Cuando los materiales abrasivos provoquen desgaste excesivo
en las orugas, siempre que los neumáticos resisten las
condiciones de trabajo.
57
g) El radio de giro es mucho mayor que el de orugas, de manera
que se requiere más espacio para maniob~ar.
h> La presión sobre el suelo es aún mucho mayor que los de
orugas, pero el efecto de compactación de las llantas y las
vueltas más graduales le hacen posible trabajar fácilmente
en suelos arenosos que se partirían bajo las orugas,
causando un excesivo desgaste a éstas.
i> En superficies, resbalosas pueden acasioar la pérdida, tanto
de tracción como de la precisión de la dirección.
Una de las características de estos tipos de cargadores, es que
da una mayor facilidad de desplazamiento y por ésto, se obtiene
mayor rendimiento a distancia
considerable de acarrea, en
utilizar con ventajas en los siguientes casos;
a) El terreno flojo donde el área de apoyo de las orugas un
movimiento adecuado y una estabilidad correcta.
b) Cuando las condiciones del terreno o las pendientes exijan
buena tracción y amplia superficie de apoyo.
c) Donde no hay necesidad de hacer movimientos frecuentes y
rápidos.
d) Cuando los materiales son duros y no puedP.n excavarse,
fácilmente.
e) En donde los fragmentos de roca pueden da~ar los neumáticos.
f) En trabajos que requieren volúmenes pequeNos.
58
Por su diseKo los cargadores sobre orugas, pu~den salvar las
irregularidades del terreno y su característica principal en su
buena tracción, su baja velocidad y su limitación a distancia corta
de acarreo.
Producción del Cargador de Ruedas y Selección de la Máquina.
Otro método para seleccionar el cargador y cucharón apropiado
para satisfacer los requisitos de producción es usando los
nomogramas de las siguientes páginas. Este método es más rápido y
más fácil, ya que no es necesario hacer tantos cómputos y la
precisión es casi igual, dentro de los limites normales de la
información básica.
Tenga cuidado al tomar información de los nomogramas porque
algunas de las escalas aumentan de abajo hacia arriba, mientras que
otras lo hacen en vicever~a. No se preocupa demasiado por la
exactitud del espesor de las lineas ni de la aproKimaci6n a
centésimas de las lecturas de un metro cúbico Cyd3). Recuerde que el
factor de llenado del cucharón, la densidad del material y el tiempo
de ciclo son sólo cálculos aproximados.
Problema tipo:
Un cargador de ruedas debe producir 230 ml (300 yd3) por hora
en una aplicación de carga de camino. El tiempo de ciclo calculado
es de 0,6 minutos, si se trabaja 45 minutos por hora. El factor de
59
llenado del cucharón es de 95 X, y la densidad del material es de
1, 780 kg m• <3,000 lb yd3).
Determine el tama~o del cucharón y el modelo de la máquina.
So1ución:
A plena eficiencia, el cargador de ruedas completa 100 ciclos
por hora. Puesto que sólo se considera un promedio de 45 minutos de
trabajo, el cargador completa sólo 75 ciclos.
Comience en la escala A en el punto de los 75 ciclos por hora y
trace una linea recta que atraviese el punto de 230 ml/h (300 ydl/h)
en la escala B y hasta el punto 3 ml/ ciclo (4 ydl/ciclo) de carga
ótil necesaria en la escala c. Siga el método anterior para los
pasos 1-10 en las siguientes páginas.
Nomograma sobre la producción y selección de máquinas. Para hallar
el peso de la carga úlil y la carga ütil requeridos.
1. Marque en la escala B el punto correspondiente a la producción
requerida de 230 m3/h (300 yd3/h).
2. Marque en la escala A el número de ciclas/h requeridos (60
+ O,b = 100 K 0,75 = 75 ciclos/h).
3. Desde A, trace una linea que pase por By toque C. Verá que la
carga ótil requerida es 3m3/ciclo (4 ydl/ciclo).
4. Marque en la escala D 0.95, que es el factor de acarreo del
cucharón.
S. Desde e, trace una linea que cruce la escala D y toque E.
60
Verifique 3m3 (4 yd3) es la capacidad requerida del cucharón.
b. Transfiera a la grAf ica los ciclos/h de la escala A y la carga
ótil de la escala c.
7. Marque la densidad del material <1,780 kg/m3) en el punto
correspondiente.
carga Ulll de llenado requerido requerida del cucharón
't m•1c1c1o yd'JtltlD ,75
" " "· . 1.0
IO " 14 ,, " "
Nomograma sobre la producción y selección de máquinas. Para hallar el peso de la carga ótil y las toneladas por hora.
a. De la escala e, trace una linea que pasa por F y toque G para
hallar la carga ~til por ciclo 15,300 kg).
61
9. Compare la cantidad de 5,300 kg, en la escala G, con la carga de
operación a pleno giro en la sección de elección de cucharones.
con el 9660 provisto de cucharón de 3.1 m3(4 yd3), la capacidad
de operación depende de la densidad del material y de la
capacidad del cucharón.
10. Para hallar el tonelaje por hora, trace desde G una linea recta
que cruce la escala A, y se prolonga hasta 1 que es el punto
correspondiente a 400 t métricas (450 ton U.S.).
e Volumen de
carga útil requcrld.1
Producción de los Cargadores de Cadena, y Elección de MAquinas.
Método para calcular la producci6n:
Método para elegir el cargador de cadena y cuchar6n adecuados
que satisfagan los requisitos de producción, es mediante el uso de
los nomogramas de las pAginas siguientes. Es fácil y rápido, debido
a que requiere menos cálculos, y tiene igual exactitud dentro de los
limites de las datos disponibles.
Tenga cuidado al anotar y leer los datos en los nomogramas,
pues los valores de ciertas escalas aumentan de abajo hacia arriba;
y en otras, al contraria. No se preocupe demasiado del grosor de las
lineas hechas con lápiz, o de la lectura de centésimos de un m3.
Tenga en cuenta que el factor de acarreo del cucharón, la densidad
de la tierra y el tiempo de un ciclo son, en el mejor de los casos,
estimaciones Qproximadas.
Problema de ejemplo.
Un cargador de cadenas debe producir 115 m3/h (150 yd3/hl. El
tiempo estimado de un ciclo es de 0 1 5 minutos, trabajando a raz6n de
50 min/hora. El factor de llenado del cucharón es 75 %, y la
densidad de la carga es de 1 1 958 kg/m3s !3,300 lb/yd3sl.
Determine el tama~o del cucharón, modelo de máquina y
producción por hora en metras cúbicos y yardas cúbicas.
63
Solución:
A óptima eficiencia, conseguirá 120 ciclas/h, pero como sólo se
trabaja a razón de unos 5 minlh, sólo resultan 100 ciclos/h.
Desde 100 ciclos/h, en la escala A, trace una linea recta que
cruce por 115 ml/h <150 yd3/h), en la escala B, y toque la escala C.
Verá que 115 ml(t,50 Yd3) es la carga útil requerida del cucharón.
Ejecute las operaciones 1 al 7.
Nomograma de producción y selección de máquinas. Para hallar la
carga út.11 requerida y el tamarío del cucharón.
1) Marque en la escala A los ciclos/hora requeridos (100)¡ y en
la B, la producción de 115 m3/hC150 ydl/h).
2) A partir de 100 ciclas/hora, en A, trace una linea que pase
por 115 ml/h, en B, y continúe hasta C. Verá que la carga
útil requerida es 1,2 mJ.
3) Del punto hallado en e, y pasando por 0,75 en D, trace una
11 nea que toque E. Hallará que 1.5 ml es la capacidad
requerida del cucharón.
4) Traslade al nomograma de la página siguiente los datos
obtenidos en las escalas A y C.
5) Desde el punto 1.2 ml, en e, trace una linea recta que pase
por 1,960 kg/m3, en F, y toque 6. Hallará que el peso de la
carga útil es 2,250 kgC5,000 lb!.
64
, ..
Nomograma de producción y selección de máquinas. para hallar el peso
de la carga útil, por razones de es~abilidad y producción en ~~ora.
6) Compare 2,250 kg de carga útil en el cucharón, escala G, con
la gráfica de la página anterior, que muestra las cargas
máximas de operación recomendadas para ver si el cucharón de
1.5 m3 puede trabajar con la carga útil deseada. La gráfica
65
indica que el 953 con el cucharón del 1.5 m tiene una
capacidad de operación recomendada de 2,720 kg <6,000 lb>;
es evidente que no habrá problemas a causa de la
estabilidad.
7) Desde 2,250 kg, en la escala G, trace una linea que cruce la
escala A por el punto 100, y taque I. Verá que es el punto
correspondiente a 225 t/h.
e Carga ülll tequetlda
0000 ,. llCIOO ...... 30,.'IQ 5000
...... 6000 10,000 .. ;,5 ~coa
III.3.4. RENDIMIENTO DE CARGADORES
En el movimiento de tierras, lo que más nos interesa es
minimizar los costos de producción, es decir obtener el costo mAs
bajo posible por unidad de material movido.
Se entenderA por rendimiento al volumen de material movido
durante la unidad de tiempo. Este depende de numerosos factores como
son:
bl Tipo de material.
el Altura del terreno a excavar y la altura de descarga.
d) La rotación necesaria entre la posición de excavación y
descarga.
f> La rapidez de evacuación de los materiales.
g> Caracteristicas de la organización de la empresa.
h) Capacidad del vehiculc o recipiente que se cargue.
El rendimiento aproximado de un cargador se puede valorar de
las siguientes formas:
C) Por medio de tablas proporcionadas por el fabricante.
67
A.:> Cálculo del. rendimiento de un carsador por medio de
observación directa.
La obtención de los rendimientos por observación directa es la
medición fisica de los volúmenes de materiales movidos por el
cargador, durante la unidad horaria de trabajo, cronómetro en mano.
Con este método se obtienen los rendimientos reales, sin
embargo, este sistema requiere de contar con la máquina en el frente
de trabajo, por esta razón no es posible usarlo para tomar una
decisión de compra. Este método nos proporciona un medio objetivo de
comparación entre el rendimiento real y el rendimiento teórico.
B:> Cálculo de rendimiento de un ca.rsador por medio de reel.as y
/6rm.uLas.
El rendimiento aproximado de un cargador por medio de este
método puede estimarse del modo siguiente:
Se calcula la cantidad de material que mueve el cucharón en
cada ciclo y ésta se multiplica por el número de ciclos por hora. De
esta forma se obtiene el rendimiento teórico.
m3/hora = m3/ciclo x ciclos/hora
La cantidad de material que mueve el cucharón en cada ciclo, es
la capacidad nominal del cucharón afectada por un factor que se
denomina 11 Factor de Carga 11 , expresado en forma de porcentaje, que
depende del tipo de material que se cargue. Este factor de llenado o
de carga debe tomarse muy en cuenta pues el cucharón no se puede
llenar al ras mAs que en los terrenos ligeros en condiciones
68
se llena parcialmente, mientras que en materiales rocosos el llenado
es aún mAs imperfecto.
El factor de carga se puede determinar empiricamente para cada
caso en particular o sea por medio de mediciones fisicas, o tomarse
de los manuales de fabricantes, por ejemplo, tenemos los siguientes
valores, tomados de un fabricante:
MATERIAL SUELTO FACTOR DE CARGA
Agregados húmedos mezclados 95 100 % Agregados uniformes hasta de 1/8" 95 100 % Agregados de 1/8" a 3/8" 85 90 % Agregados de 1/2" - 3/4" 90 95 % Agregados de 1" - 6 más 05 90 %
MATERIAL DINAMITADO
Bien fragmentado 80 85 % De fragmentación mediana 75 80 % Mal fragmentado 60 65 %
Para determinar el número de ciclos/hora en la operación de un
cargador, se debe determinar la eficiencia de la operación o sea los
minutos efectivos de trabajo en una hora y ~ste dividido entre el
tiempo en minutos del ciclo total
ciclos/hora Minutos efectivos por hora Tiempo total de un ciclo (minutos)
69
La eficiencia de la operación o sea los minutos efectivos de
trabajo en una hora, depende de las condiciones del sitio de trabajo
y las características de la organizaci6n de la empresa. Se puede
estimar de la forma siguiente:
Características de la Organización Condiciones del Excelente Buenas Regular Malas si tia de trabajo.
r. Min/Hr Y. Min/Hr Y. Min/Hr Y. Min/Hr
Excelentes 84 50.4 81 48.6 76 45.6 70 42.0 Buenas 78 46.8 75 45.0 71 42.6 65 39.0 Regular 72 43.2 79 41.4 65 39.0 60 36.0 Malas 63 37.8 61 36.6 57 34.2 42 31.2
El tiempo de un ciclo estA compuesto por el tiempo del ciclo
básico mAs el tiempo del ciclo de acarreos.
El tiempo del ciclo básico incluye, el tiempo de carga,
descarga, cambios de velocidades, el ciclo completo del cucharón y
el recorrido mi nimo.
El ciclo básico, lo podemos tomar en forma te6rica de
estadistica de varias obras o de recomendaciones de fabricantes.
Estos nos dicen que el tiempo del ciclo bAsico es del orden de 20 a
25 segundos y que se ve afectado por diversos factores que se han
estimado aproximadamente como sigue:
11 A T E: R I A L
De diversos tamaKos Hasta de 1 /8" De 1/811 a 3/411
De 3/4 11 a 6 11
De 6 11 6 má..s En el banco o fragmentado
110NTON
Descargado de un camión
Operación continua
Operaciones intermitentes
Tolvas o camiones endebles
Segundos que deben aWadirse(+) o restarse (-) del tiempo del ciclo básico.
+ 1.2 + 1.2
1.2 o.o
o.o
+ 0.6
+ 1.2
Segundos que deben a~adirse (+) a restarse (-) del tiempo del ciclo bá..sico.
2.4
2.4
+ 2.4
+ 2.4
+ 3.0
El ciclo de acarreo, es el tiempo que requiere la m'quina en
transportar el material de la salida de carga, al lugar de descarga
y regresar vacio al lugar del abastecimiento.
El tiempo de este ciclo de acarreo, si se desconoce, puede
tomarse de gráficas hechas por los fabricantes o prepararse con
71
datos estadisticos medidos en la obra en forma apropiada.
A continuación se presentan varias gráficas del tiempo estimado
de acarreo o retorno para diversos cargadores, las cuales se han
preparado en las siguientes condiciones:
Sin pendiente
Las velocidades son prácticamente las mismas con carga o sin
ella.
Se considera el tiempo de aceleración en el tiempo de
maniobras.
No se incluye el recorrido efectuado en el tiempo de
maniobras.
TIEMPO ESTIMADO DE VIAJE PARA UN CARGADOR DE RUEDAS DE 1.5ydl.
DISTANCIA DE ACARREO O DE RETORNO
72
TIEMPO ESTIMADO DE VIAJE PARA UN CARGADOR DE CARRILES DE 2 YD3
i .g! Q.11
10 'º " " " DISTANCIA DE VIAJE EN MEDIO CICLO
TIEMPO ESTIMADO DE ACARREO O RETORNO PARA UN CARGADOR DE RUEDAS DE 2 YD3
o w ~
3~ !J ~
DISTANCIAS DE ACARREO O RETORNO <MEDIO CICLO)
73
TlEMPO ESTlMAOO DE ACARREO O RETORNO PARA UN CARGADOR .DE RUEDAS DE 6 VD3
~ :r. ~
ACARREO O RETORNO IMEDIO CICLO)
TIEMPO ESTIMADO DE ACARREO O RETORNO PARA UN CARGADOR DE RUEDAS DE 10 VD3
~ v 1,S o ii o g
1.0 ~ ~ o • 1 r.
74
DE CARRILES DE 5 YDl
1.0~---------------··--------~ ~
O,t ---------i=----1-__ ------- w 4 > o.~ ,,, " o D. ::,; w 0.2 ¡:
"'. 1l1 10 30 60
75
por et fabricante.
justifican los rendimientos teóricos de las m~quinas que producen
para determinadas condiciones de trabajo. Los datos se basan en
pruebas de campo, an~lisis en computadora, investigaciones en el
laboratorio, euperiencia, etc. Tomando en cuenta las
necesarias para conseguir eKactitud.
medidas
Debe tomarse en cuenta, sin embargo, que todos los datos se
basan en un lOOY. de eficiencia, algo que no es posible conseguir ni
aun en condiciones óptimas. Esto significa, que al utilizar los
datos de eficiencia y producción, es necesario rectificar los
resultados que se dan en las tablals, mediante factores adecuados a
fin de compensar el menor grado de eficiencia alcanzada, ya sea por
las caracter!sticas del material, la habilidad del operador, la
altitud y un sinnúmero de factores que pudieran reducir la
producción en un determinado trabajo.
Por lo anterior mencionado se puede concluir que antes de
utilizar cualquier información sobre rendimientos contenido en
determinado manual, es esencia 1 conocer detalladamente las
condiciones que pueden afectar el trabajo de la mAquina. Luego, el
manual de rendimientos es tan s6lo una ayuda que si no se compara
con la eKperiencia y el conocimiento de las condiciones donde se
desarrolla el trabajo, los rendimientos obtenidos de esta manera
resultan falsos.
De las investigaciones y pruebas llevadas a cabo par los
fabricantes del cargador marca Michigan, sobre el terreno, se
obtuvieron gr~ficas de producción como las siguientes~
PRODUCC!ON EN YARDAS CUBICAS POR HORA
CARGADOR MODELO 75A SERIE 11
DISTANCIA DEL CICLO
SUPUESTO DE PRODUCCION
HORA DE TRABAJO - 60 MINUTOS
PESO DEL MATERIAL - 2 800 LBS. POR YARDA CUBICA
PARA PENDIENTES ADVERSAS DE MAS DEL 5% REDUZCASE LA PRODUCCION EN UN
2% POR CADA 1% ADICIONAL.
77
CARGADOR MODELO 275A SERIE II
1
SUPUESTO DE PRODUCCION
HORA DE TRABAJO - 60 MINUTOS
PESO DEL MATERIAL - 2 BOO LBS. POR YARDA CUBICA
PARA PENDIENTES ADVERSAS DE HAS DEL 5% REDUZCASE LA PRODUCCION EN UN
2% POR CADA 1% ADICIONAL.
78
CARGADOR MODELO 175A SERIE 11
DISTANCIA DEL CICLO
SUPUESTO DE PRODUCCION
HORA DE TRABAJO - 60 MINUTOS
PESO DEL MATERIAL - 2 BOO LBS. POR YARDA CUBICA
NO DEBE BlBLIUTECA
PARA PENDIENTES ADVERSAS DE MAS DEL 5Y. REDUZCASE LA PRODUCCION EN UN
2% POR CADA 1% ADICIONAL.
79
PROBLEMA
Calculemos la producción de un cargador de ruedas equipado con
cucharón de 3 1/2 yd3 (2.67 m3), cargando camiones de 10 m3 de
capacidad, propiedad de la misma empresa.
Material Brava triturada 1 1/211 tam. max.
almacenada en pilas de 6 m. de altura
en operación continua, con horas de 50 minutos efectivas.
Capacidad del cucharón
Factor de carga
Cálculo del tiempo del ciclo:
ciclo básico
- por el montón
y camiones.
80
Producción 2.27 ml/ciclo x 131 ciclos/hora.
297. 4 m•/hora
La elección del cargador apropiado para un determinado trabajo,
se puede hacer en la forma inversa de la solución del problema
anterior; es decir, ustedes conocen sus necesidades de producción y
las condiciones de su obra, su problema es, calcular la capacidad
del cucharón; y con esto efectuarán la primera parte de la elección.
Cargador vs. Pala Mecanica
Si recordamos la evolución habida en los trabajos de movimiento
de roca y analizamos los cambios que ha habido en los óltimos afies,
tanto en la maquinaria como en la utilización de la misma, notamos
que la mAs significativa tendencia es que cada dia má.s y má.s
cargadores reemplazan a las palas mecánicas en el movimiento de
rocas.
herramienta de carga, terminaban el trabajo. que la barrenación y
voladura habian iniciado. Sin embargo, con los avances tecnol6gicos
en barrenación y explosivos, muchas de las necesidades que exist~an
han sido eliminadas; y la utilización de cargadores en los bancos de
81
Es decir, las desventajas de las palas (alta inversión, poca
movilidad, altos costos de transportación, etc.> aunadas a los
avances tecnológicos en explotación de bancos de roca, han provocado
la declinación. Pero esto no es todo; el desenvolvimiento de este
nuevo método de movimiento de rocas lo provocaron dos causas muy
poderosas para nosotros; Producción y Costo.
Un cargador de 6 yd3 ha probado que puede, por lo menos,
igualar la productividad de palas de más de 5 yd3 de capacidad; y
que además puede cargar material a un costo comparable al de palas
de 4 y hasta 5 yd3 de capacidad. Veamos un ejemplo comparativo entre
un cargador de 10 ydl y una pala de 6 ydl, en la carga de roca
caliza de una cantera, a camiones.
Concepto
Además, el cargador ofrece otras ventajas sobre la pala:
Hovilidad.- Un cargador puede moverse fuera del área de
voladura rápidamente y con seguridad; y antes que el polvo de la
explosión se disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca
regada y preparándose para la entrega de material.
Podemos mover también el cargador hacia el taller para hacerle
mantenimiento y reparaciones. Comparen esto con el tener que llevar
herramienta y equipo para reparar una pala.
Versatilidad.- El cargador puede mover rápidamente de un lugar
a otro el material que se requiera. Es decir, puede realizar la
operación de carga y acarreo de roca, en ciertas condiciones, que
más adelante discutiremos con detalle. Sin embargo, los cargadores
no están exentos de desventajas.
El problema número uno de los cargadores que trabajan en roca,
es el desgaste y rotura de los neumáticos, que ha sido solucionado
con el empleo de mallas metálicas y cadenas amortiguadas que
protegen la llanta y alargan su vida útil, con el consiguiente
abatimiento del costo de operación de la máquina.
Carga y acarreo con cargadores de llantas vs. carga con cargador a
camiones de volteo.
Si un cargador realiza la carga y el acarreo del material del
banco hasta la tolva de una planta que lo procesar~ y elimina el uso
de unidades de acarreo tradicionales, se puede obtener, en ocasioes
un ahorro de cesta considerable.
83
Este trabajo se puede efectuar can cargadores chicos y grandes,
dependiendo de las condiciones del trabajo y requerimientos de
producción, con limitaciones económicas por el costo unitario del
material movido.
Es en esta operación donde destacan, sin lugar a dudas, las
ventajas del empleo de cargadores de gran capacidad, pues es
precisamente su gran producción lo que abate los costos del
movimiento de tierras.
Veamos un ejemplo ilustrativo de lo que hasta a qui hemos
tratadÓ.
Ejemplo:
Movamos un volumen de material de un banco a un lugar situado a
80 m. de aquél (condición muy usual en operaciones de trituración).
Nuestro problema es elegir el equipo que nos dé un costo m~s bajo
por ml de material movido. El volumen a mover es de un material de
3/4" a 6 11 apilado con trac:tor en montones de má.s de 3 m. de altura.
El trabajo se puede hacer con:
t. Cargador y camiones propiedad de la empresa.
2. Cargador propio y camiones de f leteros locales.
3. Cargador de gran producción (propiedad de la empresa), en una
operación de carga y acarreo.
84
Analicemos el costo unitario de cada una de estas tres
alternativas:
Alternativa !
Equipo propio:
cargador sobre llantas de 2 1/4 ydl ( 1. 72 m3)
2 camiones de 6.0 m3
Costo horario cargador:
Costo horario camión:
Tiempo del ciclo (ciclo básico) 25.0 seg. 0.42 min. Para
cargar un camión de 6.0 m3 son necesarios 4 ciclos de operación del
cargador; es decir, son necesarios 0.42 min. x 4 = 1.68 min. para
cargar 6.0 m3.
3.49 ciclos
En una hora de 50.0 min., tenemos una producción de 179 m3
1.68 min 6.0 m3
85
Camiones de fleteros locales
2 camiones de 6.0 m3 de fleteros
Costo horario del cargador $ 111, 112.00
Tarifa local de fletes $ 1,500.00/ml-km
C~lculo de la producción:
En este caso, la producción es la misma que en alternativa 1.
Producción = 179 ml/hora
Costo unitario
Equipo:
Costo horario $ 219,664.00
6.88
Tiempo del ciclo de acarreo
0.42 min.
Tiempo total de ciclo
759.47
2,120.00
587.37
Es decir, la alternativa 3 es la que nos da un costo más bajo
por ml de material. Hasta aqui, la elección a nivel de obra queda
hecha; falta analizar, a nivel gerencia, la aceptabilidad de esta
decisión, pues podria suceder que la empresa tuviera disponible un
cargador de 2 1/4 ydl al que podria dársela utilización en esta
obra; o si no, revisar si la inversión de la compra de un cargador
de 10 ydl pcdria amortizarse en ésta u otras obras donde pudiera
seguir utilizando esta máquina.
Analicemos el siguiente problema:
Una empresa adquirió una planta de trituración para procesar
fuertes volúmenes de material en tiempo~ relativamente cortos. La
gerencia decidió ya, que un cargador sobre llantas es el equipo
adecuado para alimentar del banco a la planta la roca que se
triturará. Se requiere decidir en la obra, el cargador de capacidad
adecuada y elegir entre dos disponibles.
Cargador 1
$ 55,500,000.00
200,000 m• - Frente del banco 80.0 m. de ancho
12.s m. de altura
Solución:
Dado que el costo horario de la trituradora es de $ 745,962.00
es el equipo que debe operar en todo tiempo al 100% de eficiencia.
CAlculo de la mAxima distancia de acarreo para cada cargador, para
una producción de 140 ml/hora. Consideramos un 83% de eficiencia de
la operación, es decir, horas de 50.0 minutos.
Careador l
6.12 m•
140 m3/hora.
22.9 ciclos/hora
Tiempo del ciclo de acarreo y retornos
T = 2.lS - 0.42 = 1.76 min.
De la gráfica de tiempo estimado de acarreo o retorno para un
cargador de ruedas de 10 yd31 tenemos que a 255 m. de acarreo, los
tiempos del ciclo de acarreo y retorno son:
tiempo del ciclo de acarreo (2a. velocidad en retroceso)
tiempo del ciclo de retorno <2a. velocidad en avance)
SUHA:
O.S5 min.
0.91 min.
t.76 min.
Es decir, el cargador de 10 yd3 puede acarrear a 255 m. 1 140
m3/hora de roca bien fragmentada.
Costo uñitario $ 219,664.00 hr 140.00 m3/hr.
$ 1,569/m3
Sin necesidad de hacer cambios de instalación de la planta
trituradora dentro del banco.
3.66 m3
140 m•/hora
38.2 ciclos/hora
Tiempo del ciclo de acarreo y retorno
T = 1.31 - 0.42 = 0.89 min.
De la gráfica de tiempo estimado de acarreo o retorno para un
cargador de ruedas de 6 yd3, para un tiempo de ciclo de acarreo y
retorno de 0.89 min., tenemos que la distancia de acarreo es de
105 m. (2a. velocidad en avance y 2a. velocidad en retroceso).
Es decir, si instalamos la planta a 30 m. de distancia del
frente inicial <para protegerla de las voladuras), cada 75 m.
debemos hacer un cambio de la planta dentro del banco.
Dadas las caracteristicas del banco (80 m. de ancho x 12.5 de
altura) cada metro de avance en el banco produce 1 1 000 ml de roca ..
Asi,