Construcción Pesada
Universidad Diego Portales.
Clases de profesor: S. Otsu Transcripción: P.M
Movimiento de Tierras
Proceso constructivo presente en muchas obras de ingeniería. Es el primer proceso en obras que no sean ampliaciones. Parte con la fundación. Este proceso se divide en las siguientes subprocesos:
a) Excavación. Extracción del material de suelo con maquinaria o de forma manual. b) Transporte Traslado del producto de la excavación de la excavación análisis de como se puede trasladar el material. El material va a los escombreras o botaderos. c) Colocación de Tierras Hacer rellenos que pueden ser para: -Alcanzar cotas -Terraplenes (caminos) -Construcción de presas* Este es el proceso más delicado de todos sobre todo-* El relleno debe ser suficientemente denso para no descender bajo las cargas a las cuales estará afectado (compactado). No debe ser permeable también para que no pase agua.
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Movimiento de Tierras
Proceso constructivo presente en muchas obras de ingeniería. Es el primer proceso en obras que no sean ampliaciones. Parte con la fundación. Este proceso se divide en las siguientes subprocesos:
a) Excavación. Extracción del material de suelo con maquinaria o de forma manual. b) Transporte Traslado del producto de la excavación de la excavación análisis de como se puede trasladar el material. El material va a los escombreras o botaderos. c) Colocación de Tierras Hacer rellenos que pueden ser para: -Alcanzar cotas -Terraplenes (caminos) -Construcción de presas* Este es el proceso más delicado de todos sobre todo-* El relleno debe ser suficientemente denso para no descender bajo las cargas a las cuales estará afectado (compactado). No debe ser permeable también para que no pase agua.
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De cada proceso se debe estudiar: Método Constructivo. Asociado a la selección de maquinaria, diseño de accesos con su objetivo final: OPTIMIZAR. (Menor costo, menor plazo).
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Capitulo 1: Características de los terrenos. a) Esponjamiento. Es un fenómeno que presentar las tierras cuando son movidas. Es un aumento aparente, aumenta el volumen, ya que, aumenta el índice de huecos. Ejemplo:
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Problema. Se requiere construir una zanja para colocar un tubo y rellenar con el mismo material retirado en la excavación. ei=20% ef=5%
¿Cuánto material excedente hay que transportar?
Volumen excavación (volumen sitio)
= 200.000 m^3
Volumen tubo
= 90.000 m^3
Volumen relleno
= 110.000 m^3
*Volumen de relleno siempre es compactado Volumen Sitio ( m^3) 100 110.000/1,05=104.762
Volumen ei ( m^3) 120 104.762*1,2=125.714
Volumen ef ( m^3) 105 110.000
Para hacer este relleno de 110.000 m^3 es necesario excavar 104.765 Volumen de excavación con ei
= 200.000*1,2
=240.000 m^3
Volumen de relleno con ei
= 125.714 m^3
Volumen excedente para transporte
= 114.286 m^3
Volumen de tubo esponjada i = 90.000*1,2=108.000 m^3
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Tarea ef= -5% Volumen Sitio ( m^3) 100 110.000/0,98=112.244,89
Volumen ei ( m^3) 120 112.244,89*1,2=134.693,9
Volumen ef ( m^3) 98 110.000 (-2%)
Volumen de excavación con ei
= 240.000 m^3
Volumen de relleno con ei
= 134.693,9 m^3
Volumen excedente para transporte
= 105.306,1 m^3
100X 105% 110.000 Volumen sitio = volumen banco
Problema.
Un suelo con 2 estratos: A y B Con: A - ei = 22%
ef= 6%
B - ei= 18%
ef =5%
Luego de instalar la tubería se pide rellenar ¿ con qué tipo de selo se rellena primero? La solución óptimo es la cual en donde sobre menos material.
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Capitulo 2: Volúmenes compensados
Lo ideal es llevar el material de corte al relleno del terraplén. Pero algunos caminos permiten utilizar pendientes de esta manera se puede legar a una solución más optima (---).
Se debe conocer la cota para ubicar el corte. Se debe buscar la situación en que haya menor movimiento de tierra.
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Ejemplo
ei= 25% ef=5%
Yacimiento 1:
Para compactar 1 m3 de relleno se transporta 1,19 m^3. Para 1 m3 de relleno (compactado) se debe transportar 1,19 ( m3 sueltos) para este caso.
Yacimiento 2 :
ei= 20% ef=6%
Es mejor el yacimiento 2 para mover menos tierra (el menor valor)
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¿Y qué significa el recíproco?
1 m3 de transporte rellena 0,84 m3.
1 m3 transportado rellena 0,883 m3
Por tanto, es mejor la opción #2 (el mayor valor)
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Problema.
Se constituye una presa, y hay dos yacimientos, c/u on sus características.
Y1: ei=20% ef= 5% Y2: ei= 25% ef=3%
¿Cuál de los dos yacimientos es mejor?
Se debe usar el yacimiento N°1 Se debe empezar a explotar el que tiene el menor costo. Con los yacimientos a distintas distancias aparece otro factor adicional: N° de viajes de camión y luego elegir el yacimiento optimo, que es el que llena más m^3 al día. También se debe considerar la topografía del camino.
Nota: 1 m3 de hormigón necesito 1,4 m3 de árido.
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¿Qué pasa si se baja la pendiente? ¿Vale la pena el costo de sacar pendiente vs mayor cantidad de trabajo diario? Esta es la etapa de la ingeniería de construcción. Se debe estudiar las opciones: Corte, túnel, etc. Obras de infraestructura para la obra.
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Capitulo 2: Clasificaciones de los Terrenos.
1° Fango, Arena movediza. Densidad 2° Tierra ordinaria o vegetal 3° Terrenos medianos 4° Terrenos duros 5° Roca
1600-1900 kg/cm^3
Vehículos de transporte:
Volumen máximo de transporte Capacidad de carga máxima.
Entonces, un camión se puede copar en volumen o carga, en la medida que el cociente kg/m3, sea menor que la densidad de lo que se quiere transportar se debe llenar por volumen la carga. Si la densidad es baja, se copa por volumen alta densidad se copa el camión por carga y poco volumen. Hay otro factor de densidad para ef
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Talud
Natural
Angulo que forma el material cuando es soltado libremente.
Así podre saber cuanto espacio se usa en acopio de material Desmonte
Es el talud que toman los suelos cuando se hace una excavación.
Para conocer las áreas y seguridad de desprendimiento.
Fatiga admisible presión que aguanta el suelo. Para valores bajosFundaciones grandes. Esponjamiento inicial para rocas ~50%
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Capitulo 3: Principales maquinaras para el movimiento de tierras. 1. Excavación y carguío.
a. Retroexcavadora Montada sobre orugas para desplazarse y permitir moverse en terrenos duros. Tiene brazos y una cuchara. Ideal para trabajar bajo la superficie de apoyo. Puede girar 360°, tomando poco tiempo en desplazar el material. El volumen en la cuchara viene esponjado.
b. Cargador Frontal Excava y carga peso la disposición de la cuchara trabaja de la superficie de apoyo hacia arriba. No puede excavar. Equipados sobre neumáticos su ciclo de operación es más lento que la retroexcavadora por no poder girar en 360°, pero el cucharon es mucho más grande. Preocuparse que la cuchara pase libre por sobre la baranda del camiónFijarse en las dimensiones.
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c. Pala mecánica. Tiene mucha mayor capacidad que las maquinarias anteriores. Esta montada sobre orugas. Es muy costoso utilizar esta maquinaria. El sistema de descarga varia, la cuchara cuenta con una compuerta menos restricciones con la barrera del camión. Usada harto en minería al menos que sea demasiado volumen de material. El cargador frontal y pala mecánica presentan unas características:
Altura de corte
Altura máxima a la cual puede excavar la cuchara. Es la altura en la cual el cucharon se llena en un 100% Altura óptima de corte. (Influye en costos, llenar menos la cuchara). Dejar la altura menor a la optima arriba. En las maquinas que giran en 360° ( a y c)
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Disposición de trabajo
Vista Superior:
Tendrá diferentes rendimientos según el ángulo de rotación. Ejemplo: R90°=1 R45°=1,20 (20% más) Menor costo R180°= 0,70 (30% menos) La máquina debe descargar hacia atrás en caso de un canal por ejemplo.
d. Clamshell ( cucharon de almeja) Es un accesorio que se instala a la estructura de la pala mecánica. Sirve para los siguientes casos: Para excavar en terreno blando pues no produce presión más que su peso propio. Para grandes profundidades de terreno blando. Para cargar en puertos ( se usa bastante).
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e. Dragline ( draga de arrastre) ( Dragalina) Se coloca un soporte al cable y se le cambia el cucharon. Excava bajo superficie de apoyo hacia la maquina. Se lana el cucharon lo más lejos posible y se arrastra con otro cable. Se puede operar a grandes distancias. Es útil para excavaciones gruesas y grandes.
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Problema Tipo
Una zanja en la cual se instala una tubería donde hay dos estratos Ay B. Los primeros 20 cm son de escarpe.
VA VB Excavación total = Va+Vb
= 71.250 m^3 ( banco o sitio) = 60.000 m^3 ( sitio) =131.250 m^3 ( banco)
Vol. Tubería Vol. Escarpe Vol. Útil estrato A = 71.250-10.800
=17.672 m^3 =10.800 m^3 = 60.450 m^3
{
A=
{
B=
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a) Alternativa I Relleno Vol.
total con A
Faltante de B
= 60.450x1,06
= 64.0077 m^3 ( compactado)
= 11378-64077
= 49.501 m^3 ( compactado)
Excedente B Volumen Menos
total B con ei = 60.000*1,14
material de B con ei =
m3 excedente(sueltos)
=68.400 m^3 ( suelto) = 54.788 m^3 =13.612 m3 de
68.400-54.788
b) Alternativa II
total con B = 60.000 m3 * 1,03 Vol. Faltante de B = 11378-61800 Relleno
=61.800 m^3 ( compactado) = 51.778 m^3 ( compactado)
Excedente de A Vol.
Total de A con ei = 60450*1,22
Menos
Vol.
material relleno de A con ei =
Excedente de A
=73.749 m^3 ( sueltos)
= 73.749-59.594
= 14.155 m^3( sueltos.)
Por tanto. Es mejor la alternativa I
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¿Cuánto se puede rellenar con el material de escarpe para hacer un empastado de 15cm?
Área que cubre la empastada
Volumen Vol. Escarpe suelto Área = 13.176 /0.15
= 10.800 m3 (Sitio) * ei 1,22 = 13.176 m^3 ( suelto) =87840 m^3 = 8,8 ( Ha)
¿ Cuál es la capacidad de la escombrera si el material se dejaba con ef= 10%?
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f. Zanjadora Es una maquina para excavar zanjas para colocar tuberías Tiene una rueda formada x varios cucharones en su entorno. Cuando la cuchara llega arriba, el material cae a una cinta transportadora Cuando se llega a nivel del suelo con la cinta transportadora se debe disponer de otra cinta transportadora para poder cargar un camión (cuando la zanjadora llega a su nivel más profundo) También se puede volver a tapar el hoyo realizado. Hay otras más sencillas que cuentan con más cucharas dispuestas con sierra con cinta transportadora pero bajas, entonces se debe tener presente el transporte del material retirado. Hay otra versión aún más económica que deja el material a un costado. ( no puede cargar)
2. Excavación y transporte
a. Bulldozer Tiene una hoja en su parte delantera (dozer). Ideal para hacer excavaciones de escarpe por que puede bajar 50 cm bajo su superficie de apoyo y a 2 metros sobre. Puede desplazar material, pero es lento y poco económico a largas distancias. El material se va derramando por los costados. Para distancias de alrededor de 30 m. Es muy útil para relleno de zanjas. La rueda de tracción puede estar arriba o al costado atrás (*), pero arriba es mejor por el material que rodea la maquina.
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Tipos :
_ Bulldozer: Sube y baja la hoja. _ Angledozer: Puede además girar un poco la hoja ( angular la hoja hacia un costado) gracias a unos pistones hidráulicos . ¿En que casos se usa?
Construcción de camino, en ladera de suelo para hacer la excavación y lanzar el material hacia abajo( para el lado). La limitación, la capacidad de trabajo es menor porque parte de la potencia se usa en girar una hoja más delgada menor rendimiento. *Accesorios: Ripper/Escarificador/rooter: Se usa cuando el suelo esta muy duro y la hoja no puede entrar. También se utiliza cuando la altura de corte para un cargador es muy baja. Entonces, el bulldozer empuja el material a la cuchara de otra maquina.
b. Trailla Muy poco conocida en la ciudad. Tiene una caja atrás con una compuerta. El material entra a la caja a medida que avanza y puede transportar cargas. Para terrenos blandos para que el material suba. A veces un bulldozer la ayuda para empujarlo. La gracia es que para descargas el material queda dispuesto en capas para compactar. Accesorio. Se le pone un accesorio como zanjadora. Se usa mucho en construcción de caminos, donde se excava en lado y se rellena en otra. (La trailla en general) Capacidad de 35-40 m3.
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3. Transporte
a. Camión tolva
40-50 m^3 de capacidad Neumáticos de diámetro. Para grandes movimiento de tierra conocidos. Se usa fuera de carretera por su peso( off the way) Llegan desarmada a la instalación de faena. Tiene accionamiento eléctrico en cada rueda lo que evita la transmisión por ejes que provoca pérdida de potencia. Las más grandes 600 toneladas, pero hay unos más pequeñas. Sistema de descarga: con tolva se levanta y deja un montón de material apilado. Bottom Dump Es un camión que tiene una carga por debajo de la tolva similar a la trailla, a medida que el camión avanza va dejando el material en capas Bueno para compactación.
b. Ferrocarril
Tiene una maquina de tracción llamada locomotora con n carros hacia atrás para llevar material. Limitaciones: avanza sobre rieles por lo que opera generalmente entre puntos fijos. Ventajas: Grande para construcción de túneles ( sobre todo tuneles hidráulicos con diámetro pequeño) Normalmente son de tracción eléctrica lo que es otra ventaja para túneles.
¿Cómo cargar el convoy dentro del túnel? Con un cargador. El cargador toma el material y lo lanza hacia atrás cargando el carro.
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Operación de carros en el frente de carguío. Cambio california.(Riel) La longitud depende de la longitud de carga del convoy.
Cherry Picker
Es un mecanismo para túneles más estrechos en donde se evalúan los carros. Tiene un portal con un elemento de izamiento con gancho. Levanta los carros vaciaos, es posible por que los carros son de baja altura.
c. Cinta transportadora. Preferentemente para transporte de áridos. Avanza una correa de caucho, se puede usar varias cintas puestas sobre vigas. Se usa entre puntos fijos, no es tan versátil como el camión.
Ventaja: Puede levantar el material en ángulos muy fuertes. Ángulo máximo del talud natural del material transportado por un coeficiente por la vibración de la cinta. Inconvenientes: Si falla un sector de la cinta se para todo el sistema. La cinta es más económica pero esta el riesgo de falla.
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4. Compactación ( proceso delicado) i.
ii.
Proyectos que están presentes a. Terraplenes de caminos y canales b. Tranques ,presas de tierra c. Nivelaciones d. Remplazo de suelos de mala calidad Factores que influyen en la compactación de suelos a. Espesor de la capa 0,3 -0,5 m b. Fatiga sobre el terreno que produce el equipo de compactación c. Cantidad de pasadas del equipo compactador d. Humedad de las tierras
iii. Efectos que la compactación produce en los rellenos a. Aumenta su densidad b. Disminuye su compresibilidad c. Aumenta la resistencia a esfuerzo mecánicos, tanto dinámicos como estáticos. d. Aumenta su resistencia al piping( erosión retrograda).
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iv. Etapas de compactación a. Escarpe : Retiro de material vegetal con : Bulldozer b. Nivelación base: Superficie se saca para alcanzar cota. También con bulldozer. En algunos casos se debe compactar la base de apoyo:
c. Colocación de empréstito: Material de relleno, queda como acopio, se usa camión tolva o trailla.
d. Tendido y nivelación de material en capas horizontales. Se trabaja a espesores de 30 a 40 cm, lo más indicado. Se puede hacer casi bulldozer. Llenar una capa con el espesor indicado. La motoniveladora permitirá una nivelación más precisa , lo que, seria para llegar a e=30 a 40 Se puede dejar superficie lisa. Coef. de manning rugosidad
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e. Control de humedad
Porcentaje en peso del suelo.
Falta agua agregar agua con camión cisterna o camión aljibe, el cual en la parte trasera inferior tendrá sistema para regular cantidad de agua en el terreno. Exceso de agua
secar
f. Homogenizar: Mezclar el material en forma homogénea, que la cantidad de agua en todos lados sea el mismo. Luego de esto se deberá nivelar, ya que, quedara todo mezclado. Se usa motoniveladora y arado de disco
g. Control de humedad h. Nivelación definitiva:
Con la moto niveladora 0,10-0,45 m i. Compactación: Rodillos lisos, rodillos lisos vibratorios y rodillo pata de cabra. Rodillo vibratorio: produce carga, peso estático 5 toneladas en vibración equivale a un estático de 25 toneladas. Rodillo pata de cabra: usado en finos con cohesión como la arcilla.
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j.
k.
Medida de la densidad para verificar que se ha logrado el grado de compactación. Escarificado:
Superficie lisa, la tiene que dejar rugosa para poder poner la sgte. Capa encima
v.
Especificación de relleno.
Grado de compactación: % de densidad proctor. -
Norma ASTM D-1557 Cilindro de 1/30 pie^3 Material colocado en 3 capas Compactación 25 golpes de pisón de 5,5 libras. Y diámetro 2” en caída libre 12’
Ejemplo: Gc= 95% Puede llegar a esta densidad y se da aprobado el relleno , si no, se deberá pasar más rodillo y sino ver la humedad optima y el ultimo recurso, ver la granulometría.
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vi.
Control para agregar agua al relleno.
w=5% Camino aljibe= ancho 1,5 m Caudal
Volumen para 1m de franja
1x 1,5x 0,4 = 0,6 m^3
Densidad material en sitio = 1600kg/m^3
ei= 20%
Densidad material con ei =
Peso material
=0,6x1.333=800kg
Cantidad de agua
=0,05 x800 = 40kg = 40 lts
Velocidad camión
=
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vii. Reacciones de densidades y volúmenes.
f= factor de densidad = a.
fei= factor de densidad para esponjamiento inicial
Si db : densidad en banco, entonces la
Ejemplo: 1600 kg/m^3 = db x
b.
f.ef= factor de densidad para esponjamiento final.
Fef=0,95 def : densidad del relleno.
c.
Grado de compactación : Gc
Es un % de la densidad proctor.
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Ejemplo: dproctor de laboratorio =1700kg/m^3 Gc=90% drell=0,9x1700=1530 kg/m^3
Solución: 1. Pasar rodillos más pesados o más veces. 2. Cantidad de agua o la banda granulométrica no corresponde sacar todo el relleno.
Determinación del ef
) ( Ejemplo: Si db = 1600 kg/m^3 , drell=1530 kg/m^3
( ) Este es el dato que le interesa si fue construye a partir del Gc.
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) ( ) ( d.
Relación de volúmenes y densidades.
La masa y peso del material no cambia, sólo se aprieta o suelta.
¿Cuánto desciende la capa al compactarse?
Igualando Por tanto,
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Ejemplo: Si: ef=1,04 ei=1,20
Sí h = 40 cm (altura relleno suelto ) ¿Cuánto desciende el relleno?
Este dato sirve para saber cuántas capaz necesito para hacer m relleno. Los rellenos son con taludes. Tarea: cuánto desciende un relleno de altura h con talud( c). Demostrar si el descenso es igual en cada capa.
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e.
Densidad relativa ( compacidad relativa)
Se utiliza principalmente en suelos granulares, rellenos permeable.
e = relación de vacíos.
e: relación de vacíos del suelo en estudio. emin: relación de vacíos del suelo en su estado más compacto. emax: relación de vacíos en su estado más suelto.
Dr %
Denominación
0-15 15-35 35-65 65-85 85-100
Muy suelto Suelto Medio Compacto Muy compacto
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Excavaciones especiales
1. Arena a. Cajón. Se pone un cajón sobre la arena se saca el material con el clamshell. A medida que el clamshell va excavando el cajón (pesado de paredes resistentes) va bajando. Las paredes están que la arena llegue a la excavación.
b. Sostenimiento mediante pilotes.
Pilote: pilar grande e 70-60 cm de diámetro, de hormigón o metalico.
Previo a la excavación se hincan pilotes, luego de su instalación se realiza la excavación y los pilotes soportan la presión.
La máquina va taladrando el terreno insertando el tubo. El taladro va retirando el material dejando el tubo, luego se “hormigona” el tubo. Para hincar un pilote se usa un MARTINETE ( puede haber rechazo del pilote cuando ya no se hunde más).
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Tierra armada Para espacios reducidos se ahorra el espacio que usa un relleno de talud. Se ponen unas placas.
c. Fango Significa excavar en un terreno casi líquido, es un a ejecución complicada.
c.1. Congelamiento.
Instalación de serpentines que congela toda la masa. Se hace un anillo congelado alrededor de la fundación. Con los serpentines se mantiene la pared congelada, y se puede extraer el agua y barro con bombas hasta la cota de fundación. *Se logra un arado perfecto por el agua.
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d. Bajo Agua.
Protección con tambores hechos de paneles que sellan con material para mantener la estabilidad, el agua que queda al interior se bombea para poder trabajar adentro. Están formados por una serie de placas unidas para mantener la están Se pone con un martinete las tabaestacas (planchas metálicas que aumenta el modulo de rigidez) Se retira con una tenaza con vibrador pues se hincan en la arena del mar. Este sistema es para aislar, en profundidades menores se acerca el sector, se saca el agua y se trabaja.
e. Excavación bajo agua ( puente Golden Gate) Se usa la campana neumática, que consiste en depósito sin fondo, este deposito e sumerge invertido y cerrado al mar quedando sin agua adentro. La presión interna es la misma afuera en la superficie del agua. Tiene un ducto de acceso a la cámara con una exclusa superior que permite acceso personal y mantiene la presión con aire comprimido. No se puede abrir las dos compuertas al mismo tiempo.
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Lo ideal es que el acceso sea el pilar de la fundación. Al hundirla tiende a flotar, por eso se ponen cargas especiales, como bloques de hormigón para que se mantenga hundido y se deben mantener durante todo el trabajo.
Un humano no puede bajar más de 60mts a 6 amt de presión, lo qe limita la profundidad de uso del equipo.
Los hombres no pueden salir rápido, si lo hacen la sangre libera nitrógenofatal. Debe haber más presión intermedia arriba y debe haber una cámara que libere la presión lentamente para volver a la superficie. Este sistema se usa mucho en la construcción de puentes.
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Capitulo 4: Determinación del costo de operación de equipo de construcción. Un costo grande en construcción es la maquinaria, la idea es determinar $/hora, que significa la operación de una máquina.
Ejemplo: excavar volumen 100.000 m^3 y se elige un cargador frontal cuyo rendimiento es de 100 m^3/hr ( sitio o banco).
Cantidad de (horas máquina)
=
¿Cuál es el costo por máquina?
=1.000 Hrs x costo Hr máquina.
Costo x Hr de la máquina
= 50.000 $/Hr
1.000
Hrs x 50.000 $/Hr
= $50.000.000
Estructura del costo
El costo de operación de la máquina tiene dos componentes:
Costo fijo: Es aquel que se produce aun cuando la máquina no este funcionando. Costo de funcionamiento: Todo componente que se produce cuando la máquina esta funcionando (lubricante, operador, combustible, mantenimiento, repuestos). En costos fijos puede ser bodegaje, depreciación, el capital invertido , transportar la máquina.
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I Costo Fijo a. Depreciación:
Lo que la máquina se va desgastando por las horas trabajadas.
Piezas de recambio:
Neumáticos Filtros Inyectores Cadenas Todas aquellas con vida útil inferior de la maquina.
Vida útil de una máquina: Periodo durante el cual la operación es económica.
Ejemplo:
Se desgasta US$ 20 por Hr.
b. Intereses de capital + seguros:
Significa cual es la cantidad de dinero que yo debería recibir si lo meto a un banco, s el costo financiero. Grafico:
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Se calculara el valor del IMA. El seguro: es un seguro en que se da un pago si ocurre un siniestro a la maquina. Al comienzo aseguro por el calor C, al año siguiente, ya no se puede por la depreciación. Se asegura en el valor real que tiene.
El IMA Representa un valor como si el capital fuera cte en el tiempo, es una simplificación del cálculo.
Cálculo IMA 1° año 2° año 3° año
C/n depreciación total x año
…………..
…………
4° año (n-1) año n
C/n*(n-3) C/n[n-(n-2)]=C/n * 2 C/n[n-(n-1)]=C/n * 1
Capital C C-C/n= C/n*(n-1) C-2C/n = C/n*(n-2)
Este es el valor del capital en cada año.
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Intereses del capital ($/Hr) =
.
Con i b =interés anual bancario o tasa relevante. is: prima de seguro anual. c. Transporte de la máquina a la obra
Si la máquina trabaja pocas Hrs. en la obra el costo del flete toma más peso, por ejemplo uso de grúas. COSTO FIJO = a + b + c
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II Costos de funcionamiento d. Costo de operador
HD: disponibilidad de trabajo. = =
e. Combustible ( fuente de energía)
f. Lubricante
g. Piezas de recambio (repuestos).
Cada pieza tiene su propio valor.
h. Mantención y reparaciones ( mecánica especializados, herramientas, galpón) Es un % respecto a algo. A falta de información usar K. K =0,70 depreciación para equipo nuevo. K=1,3 depreciación para equipo antiguo (cerca de su vida útil ~ 5 años).
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Ejemplo
Volumen a excavar = 100.000 (m^3 básico). Rendimiento cargador = 100 (m^3/Hr) Horas cargador
Antecedentes
US$1=$500
Valor adquisición Vida útil de la maquina Valor piezas recambio Vida útil promedio de las piezas de recambio Flete idea y vuelta a faena Tasa Hombres-día operador Consumo combustible Consumo lubricante
= US$200.000 = 10.000 ( Hrs)5 años = US$ 40.000 = 3.000Hrs = $600.000 = 18.000 ($/HD) = 30 H/Hr =0,02 (Hs/Hr)
I Costo Fijo
a. Depreciación
b. Interés capital + seguros n= 5 años
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c. Transporte a la obra
Costo fijo = 10.400 $/ Hr
Por cada Hr que la máquina funciona esa gasta $10.400
II Costo de funcionamiento
d. Remuneración
= = = = =
e. Combustible f. Lubricantes g. Piezas de recambio h. Mantención y reparación
Costo de Funcionamiento
Costo de operación de Maquinaria
=
= I + II = 10.400 + 31.097 = 41.497
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¿Cuánto Vale hacer el trabajo? Valor
del contrato.
Valor de contrato a.
Costo directo Es el consumo de recursos que intervienen directamente al ejecutar la obra. Ejemplo: hormigón, maquinaria, mano de obra, árido, cemento, etc. En el ejemplo sólo la máquina:
b.
Gastos Generales: Son los recursos que no intervienen directamente. Ejemplo: Supervisores, bodegueros, oficina, agua, luz, etc. Pero son necesarios.
Es un % del costo directo. Suponer 20% para el caso CD+GG
= $ 8.299.400 = $ 49.796.400
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Imprevistos Factores impredecibles, pero se calculan en base a la experiencia, son un % del total. Obras, con imprevistos muy altos son obras subterráneas un 15-20%. Suponer 2% para el caso = $ 995.928 ( de CD+GG). CD + GG + Imprevistos = $50.792.328 Utilidades = Es un % del valor Total, depende de la competencia, del mercado.
Suponer 5%
= $2.539.626
Valor de la obra (Contrato)
= $53.331.944
Se debe buscar un sistema de control para que este valor no sea superado. Esto fue un análisis de precio de un proyecto. Se debe definir el Precio Unitario.
Para cada m^3 ejecutado se paga $533,33 en excavación. Sólo excavación y no transporte. La obra se va pagando mes a mes, pidiendo el volumen de trabajo, se multiplica por el PU y se hace el ESTADO DE PAGO, por esto el precio unitario es importante. Nota: El riesgo de un PU muy bajo es que puede haber errores manifiestos como decir que el consumo de petróleo es muy bajo o rendimiento exagerado y otros datos falsos. Entonces la pega no se termina por falta de dinero declarando quiebra, se mete la justicia, etc. 47
El mandante debe verificar que los cálculos están correctos con ingenieros asesores que revisen las propuestas. Elegir la propuesta más baja y mejor estudiada.
La empresa constructora desea recuperar el capital. Capital a recuperar
Recuperación total del capital
En este trabajo se debe recuperar $10.000.000 de la máquina.
Recuperación * m^3
De los $533,33 que cobra por m^3 , $ 100 serán de recuperación de capital, este dinero se debe guardar hasta completar el calor de la máquina al final de su vida útil.
48
Interés del capital. Es lo que se puede gastar Tasa relevante = 0,05
Interés total para este trabajo 1500 $/Hr * 1000 Hrs Interés total $1.500.000 Para los 100.000 m^3 que se están trabajando. Por m3
De los $533,33 : $100 recuperación de capital. $15 puedo gastar x interés.
Utilidad total. Utilidad del proyecto. Intereses.
$2.539.616 $1.500.000 $4.039.616
Por m3
Esto es lo que se puede gastar de los $533.33 49
{ Modalidad de arriendo: Por una cantidad de tiempo Fijo. Generalmente se arriendan por 160 Hrs/mes (use, o no, la máquina) ~ 7 hrs diarias.
Ejemplo: Valor arriendo máquina $50.000 $/Hr 160 x 50.000 = $8.000.000 Costará el arriendo al mes y su se excede pagará $50.000 más.
Stan by de una máquina es la diferencia del tiempo del mínimo de arriendo con respecto al tiempo real de uso. Ejemplo: 160 Horas - 80 Horas reales = 80 horas Stan by. Hay faenas en las cuales es imposible utilizar todas las horas reales como compactaciones, túneles. Para el caso del ejercicio resuelto anteriormente.
Costo directo Gastos generales 20% CD+GG Imprevistos 1% CD+GG+ Imprevistos Utilidades 5%
= 41.497($/hr) = 8.299($/hr) = 49.796($/hr) =498($/hr) =50.294($/hr) =2.515($/hr)
50
Cálculos del duelo de la máquina para arrendarla. Valor arriendo 52.809($/Hr) con un mínimo de Hrs de arriendo. Valor del contrato con equipo arrendado. Excavación: Volumen Rendimiento cargador Cantidad de horas máquina cargador
= 100.000 m^3 =100m^3/Hr
a. Costo directo =1000 Hrs * 52.809 = $52.809.000 b. Gastos Generales =$8.299.400 (Se mantiene, no varia por arrendar) Corresponde a u 15,7% del Cd en a. CD + GG = $61.108.400 c. Imprevistos 2% = $1.222.168 CD + GG+ imprevistos = $62.330.568 d. Utilidad de la Empresa constructora 5% utilidad=$3.116.528
Valor del contrato con $ 65.447.096 máquina Arrendada.
Con equipo propio valor contrato $53.331.944 Con equipo arrendado valor contrato $ 65.447.096
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Hacer una obra con equipo arrendado siempre será más caro, por que se involucra a un tercer personaje que tiene sus propios gastos y costos y utilidades. ¿Por qué arrendar entonces?
-
La empresa no tiene maquinaria propia Por obras chicas, etc También depende de cuánto tiempo usaremos la máquina.
Determinación Vida útil de máquinas.
Grafico:
a: Valor de adquisición
Se va anotando cuándo gasta la máquina en una Hora. Tg α = $/Hr
Valor medio del costo de operación hasta ese instante.
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Ejemplo.
Adquisición $200.000 La máquina se desbarranco a la Hr.
La máquina costo 200.000 $/Hr
Mientras más tiempo se usa la máquina, más bajo será su costo por Hr. Pero después de cierto tiempo sube de nuevo.
COM: Costo de operación mínimo. VU: vida útil de la máquina.
Al comienzo afecta el costo de adquisición y luego vuelve a subir por costos de mantención y reparaciones frecuentes. 53
Capitulo 5. Factores que inciden en el rendimiento de una máquina. a. Resistencia al rodamiento: Fuerzas que se oponen al movimiento del vehículo en el plano horizontal.
Q= peso total del vehículo (Toneladas) R= Resistencia al rodamiento (Kg/Ton) Valor de R (kg/ton)
Superficie de acero sobre riel Superficie lisa y dura Superficie firme flexible Carretera tierra para construcción Carretera tierra suelta/bache Superficie fangosa/arena suelta
: 10 :20 :33 :50 :75 :175-200
Ejemplo:
Q = 100 Ton R=50kg/ton
En una carretera de tierra para construcción. El motor debe hacer un esfuerzo de 5000 kg para mover las 100 Ton A medida que las ruedas sean más deformables más aumenta el R, por eso el ferrocarril con ruedas de acero tiene un valor bajo de R.
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Plano inclinado.
Fa se opone al movimiento de la máquina.
Para ángulos pequeños x/y : pendiente i , i se expresa en %
Q= (Ton) , entonces amplifico por 1000 para que quede en Kg.
Entonces, genéricamente F1 = Fh ± Fa
En efectos prácticos el signo menor no se utiliza.
55
Ejemplo:
Q= 100Ton R= 50 kg/ton i=5% ( va subiendo. +i)
F1
= 100*(50+10+10*5)[kg] ( la pendiente en % en la formula)
F1
=
b. Esfuerzo de tracción Rueda de tracción, es la que esta conectada al motor. En máquinas pesadas generalmente la tracción esta en las ruedas de atrás. T= trabajo
T=
F*S
W= potencia
W=T/t W=F
* S/t
W=
F=W/v W(HP)
T*V
V= Km/Hr W= HP e= eficiencia e: eficiencia de la máquina. En una máquina nueva e =0,8=80% Un 80% de la potencia del motor se aprovecha en el esfuerzo final, el otro 20% se pierde en calor, rozamiento de piezas, resistencia al movimiento, luces, bombas de aceite, etc.
56
Ejemplo.
Una máquina que por catalogo indica: Marcha 1 2 3 4 5 6 R
Velocidad ( Km/Hr) 11,6 15,7 21,3 28,7 38,9 52,6 10,5
La potencia es de 1800 HP por catálogo. W = 1800 HP
Marcha 1 2 3 4 5 6 R
F2 33.766 24.948 18.389 13.647 10.069 7.446 37.303
R= 50 ( kg/Ton)
57
Camión -
Peso vacio (tarado) =114(ton) Peso carga =178(ton) Q= peso total =292(ton)
En que marcha puede andar este camión con estas condiciones de carga.
FH F3% F6% F7%
= 292 x 50 =292 (50+50+10*3) =292(50+10*6) =292(50+10*7)
(kg) 14600 23360 32120 35040
Marcha 3° 2° 1° R
Solución: Cortar la pendiente para bajar la pendiente y excavar.
Evaluar el costo de excavar o tener otro camión o túnel( o quitarla carga al camión).
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c. Eficiencia a tracción (coeficiente de tracción efectiva) Coeficiente de fricción. Mide la capacidad que tiene el suelo de reacción ante el movimiento de la superficie.
Principio de Acción y Reacción.
P = peso de la máquina en rueda de tracción ( kg) f= coeficiente de fricción entre rueda y suelo.
Sí f es muy bajo aproximar a cero ( hielo) , el camión patina por que el suelo no reaccióna.
Peso Q es el peso total, así que generalmente P es el 60% de Q.
Solución: Poner cadena a la rueda para que el agarre aumente, o aumentar el p. F3 > F2
y
F2 > F1
En los casos de máquina doble tracción. P = Q, por eso es mejor usar doble tracción en caminos difíciles.
59
d. Efecto de la altura sobre el nivel del mar para motores de combustión interna (motores diesel). Pierde potencia en 10% por cada 1000 metros de altura sobre los primeros 1000 metros. Se debe usar un motor turbo, con compresor que obligue la entrada de aire necesaria para la combustión.
e. Aceleración Agregar a R + 10 kg/Ton, y así se puede vencer la inercia de la máquina cuando esta inmóvil.
60
Ejemplo.
Determinar el presupuesto y plazo de construcción para el movimiento de tierra para la instalación de una tubería que incluye lo siguiente: a. Excavación transporte de excedente. b. Acopio del material para el relleno posterior a la instalación de la tubería. Ei= 18% Usando grado de compactación se obtiene ef=4%
D. sitio Dei
=
1800/1,18
= =
1800 kg/m^3 1525 kg/m^3
Determinar los volúmenes de material y volumen a excavar. 1. Volumen a excavar = 200.000 m^3 2. Conocido a diámetro de tubería: volumen de tubería = 60.000 m^3 3. Volumen de relleno = 200.000 – 60.000
= 140.000 m^3
4. Recordar que este volumen es compactado, con ef = 4%. 5. Volumen esponjado total =200.000*1,18=236.000 m^3 6. Volumen a rellenar =140.000 m^3 (compactados) 7. Volumen en sitio necesario para el relleno = 140.000/1,04 = 134.615 (m^3).
61
8. Volumen con esponjamiento inicial para relleno =134.615*1,18=158.846 m^3 9. Volumen de transporte 236.000 m^3 -158.846 m^3 77.154 m^3
Definir
Volumen de transporte suelto, volumen de excedente.
Métodos y equipos:
3 posibles alternativas para métodos constructivos.
62
Elección
-
-
de máquinas.
Retroexcavadora Camión tolva { Ambas máquinas funcionan bien juntas, el brazo, la capacidad, etc. Es la combinación óptima de máquinas obtenidas por iteración es lo que buscamos Solución óptima
Verificación
del volumen máximo del camión
Dei =1525 (kg/m^3) El camión sólo puede transportar 13,m^3 por viaje. Calculo
del volumen útil de la retroexcavadora.
Es el valor medio de lo que excava la cuchara cada vez que excava, no siempre usa toda su capacidad se tiene una eficiencia de la cuchara obtenida con control de máquina en terreno.
Eficiencia de la cuchara: 0,80
Nota: El material en la cuchara esta suelto(ei)
63
Carga
de la retroexcavadora.
La retro podrá venir n veces con el cucharon completo:
Ciclo
de la retro.
Tiempo que demora en hacer la operación completa. =30segundos=0,5 min Es corto por que la retro puede girar fácilmente. Rendimiento de la retro
Ciclo
del camión (carga + viaje + depositar+ regreso)
Carguío
Pero se debe trabajar con valores enteros 14 cucharones Con 15 sobrecargamos el camión, disminuye la vida útil del camión.
*En el camión van entonces 12,74 m^3 de material.
64
Viaje
ida a escombrera ( se debe saber a que distancia)
Descarga
2 min
Viaje
regreso
Ciclo
Camión
= regreso + ida + carga + descarga = 45
+
60 +
7 + 2 = 114 min
65
Usando el método c) de construcción
Por cada cucharon sobre el camión, se dejan 2 cucharones al costado para el relleno. Pero es más lógico por cada camión que se va, 2 cargas equivalentes quedan.
Volumen camión = 12,74 m^3
14 cuch + 18 cuch = 42 cuch 21 min 66
Mientras el camión viaje, la retro saca material.
Cantidad de camiones optima (cada vez que la retro termine la cuch n° 28 debe haber un camión esperando el cuch N°29)
Como la retro es más cara es mejor que los camiones queden standby.
Por eso elijo tener 6 camiones.
Entonces necesito: -
1 retro excavadora 6 camiones
Nos piden el plazo de construcción: Rendimiento retro:
67
Distancia de excavación a escombrera = Cte = 30 Km
30 Km y promedio ( para presupuesto válido)
Solución l1= variable
N = f(h) Tabular N l1 Para n°s enteros 0 N ? Siempre es conveniente partir con más camiones y luego disminuir. 68
Disponibilidad de máquina. Primera situación.
Todos los camiones disponibles al inicio de la faena. ¿Cuánto tiempo es el stand-by?
∑ ∑ ( ) 69
Segunda situación:
Todos los camiones disponibles al inicio de faena y continúan trabajando después del termino de trabajo de la retro.
Tiempo de trabajo de cada camión.
573 573 – 1*21 573-2*21 …..
573-5*21
70
Tiempo red de trabajo
Stand by = 315
Para disponibilidad inicial de camiones y continúan trabajando después del término de la retro:
() Promedio de camión disponible.
( ) ) ( Siempre cobrar con tiempo de camión DISPONIBLE.
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Capitulo 6 : Excavación en roca.
a. Generalidades.
Se trata de evitar la excavación en roca, por que significa aumentar el costo del proyecto. Pero a veces, se busca tener roca como en:
Túneles. También se presentan problemas en canales. Excavaciones para fundaciones. Minería. Las obras civiles tratan de obtener la superficie más lisa posible, es más afinada que la excavación en ingeniería minera.
b. Etapas generales.
Remoción* Uso de explosivos. Cargar y transportar. Se perfora la roca, se forman barreranos, que pueden ser de diferentes diámetros. Se colocan los explosivos al interior de los barrenos. Los explosivos vienen en cartuchos cilíndricos de diferentes diámetros. Se debe diseñar el diagrama de disparo en donde cada barreno se lleve su parte de material.
A veces hay tiros quedados de barrenos que no truenan y que da el material. A veces ocurre l contrario y hay barrenos que no alcanzan a tronar, la idea es usar la cantidad mínima de barrenos con la cantidad mínima de explosivos para retirar todo el material.
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c. Método General:
i.
Elección del programa de disparo. Distribución de los barrenos Distancia entre barrenas aprox. 1 m Diámetro de los barrenos. Profundidad de los barrenos.
Se debe evitar la sobre excavación para evitar mayor transporte de material.
Inclinación de los barrenos Tipo y calidad de carga de explosivos Sistema de tronadura (por que no explotan por si solos, hay que ponerle elementos: fulminantes y cordón detonante). Fulminante Se pone al interior del explosivo con cables y se aplica energía eléctrica Cordón detonante. Misma función con diferentes características, es más seguro.
Secuencia de tronadura (en que orden se va a producir la explosión) empezar por las caras libres.
ii. iii. iv. v. vi. vii.
Perforación de los barrenos Cargas explosivas Tronadura Ventilación( especialmente en obras subterráneas) Carguío de material( carguío de la “ marina”)
Transporte vi y vii parecido a movimiento de tierra , la diferencia esta en el esponjamiento en roca es 50% a 60%. 73
d. Resultados depende de: Ubicación de explosivos Cantidad y potencia Calidad de la roca
e. Equipos de perforación
a. Fuente de energía: i. Perforadoras eléctricas ii. Perforadoras a gasolina iii. Perforadora de aire comprimido iv. Perforadoras hidráulicas
b. Tipo i. ii. iii. iv. v.
Perforadoras livianas (15-25 kg): jackhammer, jackleg, stoper. Perforadoras pesadas ( 35-130kg): perforadora drifter. Jumbos: son drifters montados sobre una máquina para obras subterráneas. Wagon drill: es un drifter único montado sobre un carro con ruedas neumáticas pero hay que empujarla. Truck drill: Es un drifter montado sobre carro con orugas es autotransportante.
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f. Brocas.
Hay dos tipos: -
Integrales son una sola pieza De cabeza removible(Bit)
La broca se va desgastando con el uso, el cincel es de carburo tungsteno, es este material que realmente rompe la roca. Se debe hacer mantención a la broca por que se gasta el carburo tungsteno. Se le inyecta agua para bajar la T° de la broca y para retirar el material removido molido.
Las de cabeza removible se atornillan atornillan a la parte superior de la barra. Estas sirven para perforar con bastante profundidad, profund idad, pues las barras se pueden atornillar ator nillar entre si.
g. Desgaste
A medida que la barra avanza , el diámetro va disminuyendo, quedando con forma cónica. Si el desgaste es de 1/8” por cada 60cm. Se quiere insertar los cartuchos de dinamita de 7/8”
Entonces: ¿cuál debe ser el diámetro de la barra al inicio.
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Esta es la serie de barras integrales para llegar a un diámetro 7/8” Estas series están dadas por catalogo.
El bits tiene mejor rendimiento, se usa en obras grandes, por su alto costo .
h. Explosivos.
Cuerpo cuya rápida descomposición produce gran volumen de gases a altas T°. Presión interna alrededor de 100000 kg/cm^2 Temperaturas altísimas (miles de grados). Los más usados: -
-
-
Pólvora: 62% nitrato de amonio o potasio 20% azufre, 18% carbón vegetal V= 500m/seg. Dinamita: nitroglicerina y absorbente inter activo. Potencia 16-90% v 38007000m/seg. Mezclas en base a nitrato de amonio y petróleo. Emulsiones gelatinizadas (algodón pólvora disuelta, en nitroglicerina y nitrato de amonio: amón-gelatina) pero necesita un fulminante para detonar.
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i. Método para detonar explosivos
Por razones de seguridad no se fabrican para que detonen solos, hay que introducirles algo, generalmente un fulminante.
-
-
Explosivos lentos: Se detonan con mechas, cordones detonantes o fulminantes. Explosivos rápidos: Se detonan sólo con fulminantes o cordones detonantes.
a. Mechas: Es una especie de manguera es flexible , formada, por un forro de algodón o yute, con diámetro aproximado de 8 mm. Y tiene un alma central de pólvora. Se usa el fulminante de mecha (tiene 3 compartimientos).
Tiene un largo de 40 mm y diámetro de 6 a 7 mm. Distancia apropiada de 300 metros para resguardo.
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