CAPITULO CAPITULO I COMPONENTES GENERALES DE LA MAQUINARIA PESADA 1.1 POTENCIA Y FUENTES DE ENERGÍA EN MAQUINARIA PESADA Potencia Estos conceptos los vemos con frecuencia en las tablas de especificaciones del motor de un automóvil o camión. Pero, ¿qué significan?, ¿Cómo los interpretamos? Empecemos con una analogía: Al sentirnos enfermos visitamos al médico para consultarle sobre nuestro malestar. Luego de escuchar nuestra narración, nos realiza algunas pruebas sencillas: nos toma el pulso y la presión sanguínea. Estas pruebas le permiten conocer el estado de funcionamiento del corazón. Es decir con qué rapidez y fuerza está trabajando nuestro motor. El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar. El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, rotación, recordemos que el motor produce fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco ó freno dinamométrico que no es más que una instilación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectado mediante un eje a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y mide la fuerza con que se está está frenando. Mientras observa la figura superior, tome un lápiz por los extremos con la punta de los dedos de ambas manos. Con los dedos de la mano izquierda trate de hacerlo girar (motor) y con la mano derecha trate de impedir que gire. Mientras más fuerza haga ha ga para impedir que gire, mayor será el esfuerzo que debe hacer para hacerlo que girar. Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo Siguiendo el ejemplo de la gráfica en la figura figura inferior: Un motor con un torque máximo de 125 Nm @ 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como “momento” o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. Recuerde que el motor esta acelerado al máximo (Técnicamente conocido como WOT ó wide open throttle) y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico. Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido ó el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano” ¿Qué pasó con la potencia? La potencia indica la rapidez con que puede trabajar trabajar el motor. La potencia potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera. En el caso de la figura, el motor tiene una potencia máxima de 38 kW @ 3000 rpm. Potencia = Torque x velocidad angular Veamos las unidades: En el sistema internacional el torque se expresa en Nm (Newton ( Newton metro) La potencia se expresa en W (Vatios) ( Vatios) Debido a que los motores usados usado s en la industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el kW (Kilovatio) 1kW = 1000 W Relaciones útiles: Potencia (en kW) = (Torque (Nm) . Revoluciones por minuto del motor motor (rpm)) / 9550 1kW = 1,34 hp (Horsepower ó caballo de potencia) El PS es el caballo en el sistema métrico. 1kW = 1,359 PS 1Nm = 0,73756 lbf ft Fuentes de energía
Rudolf Diesel desarrolló la idea del motor diesel y obtuvo la patente alemana en 1892. Su logro era crear un motor con alta eficiencia. Los motores a gasolina fueron inventados en 1876 y, específicamente en esa época, no eran muy eficientes.
Las diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel son: Un motor a gasolina aspira una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo aspira aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido. EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente. Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. Un motor a gasolina comprime a un porcentaje de 8:1 a 12:1, mientras un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia. Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de aspiración (fuera del cilindro).
Observe que el motor diesel no tiene bujía, toma el aire y lo comprime, después inyecta inyecta el combustible combustible directamente en la cámara de combustión (inyección directa). Es el calor del aire comprimido lo que enciende el combustible en un motor diesel. Una gran diferencia entre entre un motor diesel y un motor a gasolina gasolina está en el proceso de inyección. inyección. La mayoría de los motores de barcos utilizan inyección de puerto o un carburador en lugar de inyección directa. en el motor de un barco, por consiguiente, todo el combustible es guardado en el cilindro durante el choque de aspiración, y se quema todo instantáneamente cuando la bujía dispara. Un motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel. La mayoría de motores diesel nos ofrecen un testigo de luz de algún tipo que no se muestra en la figura. Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no debe elevar el aire a una temperatura suficientemente suficientemente alta para encender el combustible. combustible. El tapón de luz es es un alambre calentado eléctricamente (recuerde los cables calientes que hay en una tostadora) que ayuda a encender el combustible combustible cuando el motor está frío. Combustible Diesel Si usted ha comparado el combustible diesel y la gasolina, sabrá que son diferentes. Huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se evapora mucho más lento que la gasolina , su punto de ebullición es más alto que el del agua. Usted oirá a menudo que al combustible diesel lo llaman gasoil por lo aceitoso. El combustible diesel se evapora más lento porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que la gasolina (la gasolina típica es C9H20 mientras el diesel es típicamente C14H30). Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es generalmente más barato que la gasolina. El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible diesel(3'875 L.) contiene aproximadamente 147x106joules, mientras que un galón de gasolina contiene 125x106joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los motores diesel, explica porqué los motores diesel poseen mejor kilometraje que el equivalente en gasolina.
Conclusiones Para concluir, es bueno recordar que: * El torque y la potencia son indicadores de lo que el motor puede hacer * Los valores de torque y potencia que publican los fabricantes cumplen normas internacionales las cuales pueden variar según el origen del motor, y lo que leemos en las especificaciones se trata de los valores máximos. * Se dice caballo de potencia y no “caballo de fuerza”
* El torque es la fuerza del motor ya que la entrega en forma de giro * La potencia se obtiene a partir del torque y las revoluciones * Un motor tiene torque máximo y potencia máxima y en los motores de combustión interna estos no se presentan a las mismas revoluciones. 1.2-TREN DE FUERZ AS(MOTORES,CON VERTIDORES, TRANSMISIONES DIFERENCIALES,MANDOSFINALES)
Introduccion: La fuerza es todo agente capaz de modificar la velocidad o la forma de los objetos. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo de esfuerzo o energía. En el S el SistemaInternacional de Unidades (SI) y en el Cegesimal el Cegesimal (cgs), (cgs), el hecho de definir la fuerza a partir de la masa y la aceleración (magnitud en la que intervienen longitud y tiempo), conlleva a que la fuerza sea una magnitud derivada. Por en contrario, en el Sistema Técnico la fuerza es una Unidad Fundamental y a partir de ella se define la unidad de masa en este sistema, la un la unidadtéc nicademasa, abreviada masa, abreviada u.t.m. (no tiene símbolo). Este hecho atiende a las evidencias que posee la física actual, expresado en el concepto de Fuer za zas Fundamentales, y Fundamentales, y se ve reflejado r eflejado en el Sistema Internacional de Unidades. SistemaInternacionaldeUnidades (SI) newton (N) SistemaTécnicod Técnicode Unidades kilogramo-fuerza (kgf ) o kilopondio o kilopondio (kp) Sistema CegesimaldeUnidades dina (dyn) SistemaAnglosajónde ónde Unidades Poundal KIP Libr afuerza (lbf ) Equivalencias 1 newton = 100 000 dinas 1 kilogramo-fuerza = 9,806 65 newtons 1 libra fuerza ≡ 4,448 222 newtons El tren de fuerza es la parte más importante y es el encargado de convertir la energía del combustible en movimiento movimiento de los neumáticos los neumáticos para para impulsarlo, puede ser de diversas arquitecturas de acuerdo al propósito a que se destine el vehículo. A continuación los esquemas más comunes utilizados utilizados en los automóviles de hoy. En todos los casos es necesaria la existencia de un elemento de desconexión/conexión desconexión/conexión entre el motor el motor y el resto de la transmisión conocido como embrague. como embrague. Tr ende f uer zas(Motor es,conver tidor es, tr ansmision esdif er enciales,mandosf inales)
de f uer zas El tren de fuerzas de una maquinara es aquel conjunto de dispositivos encargado de convertir toda la energía en movimiento, ya sea para trasladar a la máquina o a que esta misma desarrolle cierta acción. En otras palabreas es la encargada encar gada de transmitir la fuerza al suelo. Tren
Entre los dispositivos que conforman el tren de fuerza de la maquinaria generalmente se encuentran los: los: Motor es
Un motor es una máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles,...), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen Existen diversos tipos, siendo los lo s más comunes: Motores térmicos: cuando el trabajo se obtiene a partir de d e energía térmica.
Motores de combustión interna: son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión combustión es una mezcla mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo, los del gas natural o los biocombustibles. Motores de combustión externa: son motores motores térmicos térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor energía mediante la transmisión de energía a través de una pared. Motores eléctricos: cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctr ica ica. Generalmente en la actualidad la maquinaria pesada usa motores diesel, el motor diesel es un motor térmico de combustión interna cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro.
y desventajas de los motores diesel La principal ventaja de los motores diesel, comparados con los motores a gasolina, estriba en su menor consumo de combustible. En automoción, las desventajas iniciales de estos motores (principalmente precio, costos de mantenimiento y prestaciones) se están reduciendo debido a mejoras como la inyección
Ventajas
9
Diagrama
del
flujo
de
aceite dentro
de un
convertidor
de
par .
electrónica y el turbocompresor. No obstante, la adopción de la precámara para los motores de automoción, con la que se consiguen prestaciones semejantes a los motores de gasolina, presenta el inconveniente de incrementar el consumo, con lo que q ue la principal ventaja de estos motores prácticamente desaparece. Tomando como referencia a la compañía Caterpillar los motores se pueden dividir en 3 categorías o niveles; motores nivel I, nivel II y nivel III; que deriva del trabajo que la máquina realizará. A continuación se enlistan las partes de cada motor: Motor nivel I
Anillos de pistón Cojinetes de bancada, cojinetes de vástago Guías de válvula Cojinetes
de turbo Sellos de turbo Empaquetaduras/sellos 4 Cor te de un motor Caterpillar C-15. Motor nivel II
Pistones Camisas Válvulas Árboles de levas
Motores nivel III 9
Diagrama
del
flujo
de
aceite dentro
de un
convertidor
de
par .
Bloques Culatas Cigüeñales Bielas
Convertidores de par . El convertidor de par hace las funciones de embrague entre el motor y la transmisión. Las ventajas de un convertidor de par sobre un embrague convencional son las siguientes: Absorbe las cargas de choque. Evita que el motor se sobrecargue y llegue a calarse, permitiendo el funcionamiento a la vez del sistema sistema hidráulico. Proporciona las multiplicaciones de par automáticamente para hacer frente a la carga, sin tener que cambiar de velocidad dentro de unos límites. Se elimina la necesidad de embrague. La carga de trabajo va tomándose de forma gradual. Se precisan menos cambios de velocidad
9
Diagrama
del
flujo
de
aceite dentro
de un
convertidor
de
par .
El funcionamiento del convertidor de par es relativamente sencillo. Consta de dos turbinas enfrentadas, una de las cuales movida por el motor diesel impulsa el aceite que hay en el interior del convertidor contra la otra turbina, haciendo que esta gire y venza la resistencia de la transmisión y de las ruedas o cadenas. El cigüeñal del motor hace girar el Impulsor y este la turbina que mueve el eje de salida. Hasta ahora hemos descrito un embrague convencional que funciona por aceite, lo que en realidad hace cambiar el par es una tercera turbina llamada estator que proporciona una cierta graduación de la energía que se transmite del motor a la transmisión. Al girar el motor, la fuerza centrífuga lanza el aceite hacia la periferia del impulsor, en cada uno de os espacios delimitados por cada dos paletas; de éstos pasa a los espacios análogos delimitados por las paletas de la turbina, desde la periferia al centro, y después vuelve nuevamente al impulsor estableciéndose un circuito cerrado. Si la velocidad de rotación es suficientemente elevada, la turbina es arrastrada y gira a la misma velocidad, transmitiendo así el giro del motor a la transmisión, sin resbalamiento de la turbina. Esto ocurre, por ejemplo, cuando la máquina se mueve por inercia o cuesta abajo, o en un terreno llano sin carga. Cuando la máquina tiene que vencer una carga, por ejemplo cuando se encuentra con una pendiente pronunciada, baja la velocidad de giro de la transmisión, y por lo tanto la de la turbina. Al girar la turbina más despacio que el impulsor el aceite choca contra las paletas convirtiendo la energía perdida en calor. Mientras más despacio gire la turbina, con respecto al impulsor, habrá más pérdidas de energía del aceite. Vemos que si solamente usamos dos turbinas al aumentar la carga no hay aumento de par. Las partes que forman realmente r ealmente un convertidor de par que funciona como tal, son las siguientes (ver figura): A. Impulsor B. Turbina C. Estator D. Carcasa giratoria giratoria E. Carrier o soporte F. Eje de salida
Flujo de aceite dentro de un convertidor convert idor de par .
La carcasa giratoria D es impulsada por un estriado interior que lleva el volante del motor, y el impulsor A está empernado a la carcasa, por lo que gira con ella. La carcasa suele ser de fundición y el impulsor de aluminio. La turbina B recibe el aceite procedente del impulsor y acciona el eje de salida F del convertidor. La turbina suele ser de aluminio y manda aceite al estator. El estator C está fijado por el soporte E a la tapa o cárter del convertidor y permanece estacionario. El aceite que recibe de la turbina lo manda al impulsor. El estator suele ser de acero. 9
Diagrama
del
flujo
de
aceite dentro
de un
convertidor
de
par .
Veamos el flujo que sigue el aceite en el convertidor. El aceite, procedente del grupo de válvulas de control de la transmisión, entra al impulsor A por un conducto taladrado que tiene el soporte E. El impulsor A, accionado por la carcasa giratoria D y por el motor, actúa como una bomba centrifuga y arroja el aceite hacia la periferia, el aceite es obligado a pasar a la turbina B. El aceite a elevada velocidad golpea las paletas de la turbina, haciendo girar a ésta y al eje e je de salida F. El aceite procedente de la turbina B pasa al estator C y éste lo dirige nuevamente al impulsor A, comenzando de nuevo el ciclo.
de par . Cuando en el eje de salida no hay ninguna resistencia a girar, y el eje de salida gira a la misma velocidad que el volante del motor, el impulsor y la turbina giran a la misma velocidad. Bajo estas condiciones el aceite sale del estator con una dirección tal que choca bruscamente contra las paletas del impulsor. Como el impulsor no puede girar más deprisa, porque va unido al volante del motor, el aceite pierde la velocidad que llevaba y por lo tanto, la casi totalidad totalidad de su energía se transforma en calor producido por el choque con las paletas del impulsor. Como en anteriores choques con las paletas de la turbina y del estator el aceite ha ido perdiendo velocidad y energía, con respecto a la que llevaba cuando salió del impulsor, resulta que al llegar de nuevo a éste no puede ayudar al aceite que sale de él a circular más deprisa y con más energía, que es la única forma de poder aumentar el par de salida con respecto al de entrada.
Multiplicación
Si el eje de salida coge carga, dicho eje, y por lo tanto la turbina, giraran más despacio que el impulsor; al girar más despacio la turbina, el aceite entra al estator con una dirección tal que cuando sale de él se dirige al impulsor de tal forma que ahora parte del aceite no choca y se incorpora al que mueve el convertidor, comunicándole su energía y velocidad. Ahora tenemos dos puntos muy importantes; por un lado la turbina gira más despacio, y por lo tanto cada espacio entre paletas está más tiempo enfrentado con cada chorro de aceite que sale del impulsor, y por otro lado tenemos que además le entra aceite a más velocidad y con más energía que antes, debido a esa energía que le ha comunicado al aceite que sale del impulsor el aceite procedente del estator. Como la velocidad en el eje de salida es menor, y la potencia del motor no baja al coger la carga el eje de salida, sino que permanece casi constantemente gracias a ese aumento de aceite sobre la turbina y que es en definitiva el que soporta el aumento de carga del eje de salida, el par aumenta. Entonces está claro que el aumento de par depende de la dirección con que el aceite sale de la turbina, entra en el estator, sale del estator y entra al impulsor y la dirección con que el aceite sale de la turbina depende de la velocidad de ésta con respecto al impulsor. Hay una determinada determinada velocidad velocidad de la turbina con con respecto al impulsor impulsor en la cual el aceite entra a éste con tal dirección, procedente del estator, que se aprovecha toda la velocidad y energía con que el aceite sale del estator y no se pierde prácticamente nada en choques y rozamientos, rozamientos, o sea, en calor. 9
Diagrama
del
flujo
de
aceite dentro
de un
convertidor
de
par .
Transmisiones dif er enciales Se conoce como diferencial al componente encargado, de trasladar la rotación, que viene del motor, transmisión, hacia las ruedas encargadas de la tracción. Un diferencial es el elemento mecánico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas. La diferencia de giro también se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial. Los diferenciales son los conjuntos que van colocados en el centro del eje que soporta las ruedas. Tienen dos misiones fundamentales: fundamentales: primero cambiar el flujo de potencia que viene de la transmisión en ángulo recto para accionar las ruedas, y segundo hacer que las ruedas giren a distinta velocidad cuando la máquina efectúa un giro. Para cambiar la dirección del flujo de fuerza no es necesario en realidad un diferencial, sino que es suficiente con un eje cónico y un engranaje, de hecho hay algunas máquinas que llevan un eje de este tipo porque el radio de giro es lo suficientemente amplio como para no necesitar el efecto diferencial. Sin embargo la mayoría de las máquinas si lo usan, para evitar el desgaste excesivo de los neumáticos y proporcionar mayor maniobrabilidad en los giros.
El diferencial consta de los elementos siguientes: Corona. Coro na. Planetario. Caja de satélites. Palier. Piñón cónico.
Mandos Finales Los mandos finales son aquellos dispositivos que se encargan de canalizar la potencia del motor para poder dar movimiento a cualquier elemento del la maquinaria.
Conclusión En este apartado del temario el alumno se familiarizó con el concepto de tren de fuerzas de la maquinaria pesada. Ahora podemos definir claramente que el tren de fuerzas es el conjunto de dispositivos encargados de dar potencia potencia a la maquinaria, dada por el motor, el cual en principio nos da la capacidad de desplazar a la máquina, además la potencia también es aprovechada aprovechada por los elementos locomotores para realizar cualquier trabajo que deseemos, para esto la maquinaria cuenta con transmisiones diferenciales para darle una mayor agilidad, los convertidores de par ayuda a duplicar la fuerza de la máquina sin necesidad de cambiar la marcha, lo cual reduce el desgaste del motor y por último los mandos finales nos ayudan a mover de la manera deseada los aditamentos de la maquinaria para desarrollar las tareas que se deben cumplir. 1.3 SISTEMAS AUXILIARES (ELÉCTRICOS, HIDRÁULICOS, NEUMÁTICOS, FRENOS) Un sistema (lat. systema, proveniente del griego σύστημα ) es un conjunto de funciones, funciones, virtualmente referenciada sobre ejes, sobre ejes, bien bien sean estos reales o abstractos. También suele definirse como un conjunto de elementos dinámicamente relacionados formando una actividad para alcanzar un objetivo operando sobre datos, energía y/o materia para proveer pr oveer información. Un sistema siempre está dentro de otro sistema. El concepto de sistema tiene dos usos muy diferenciados, que se refieren respectivamente a los sistemas conceptualmente ideados (sistemas ideales) y a los objetos encasillados dentro de lo real. real. Ambos puntos establecen un ciclo realimentado, pues un sistema conceptualmente ideado puede pasar a ser percibido y encasillado dentro de lo real; es el caso de los ordenadores, los coches, los aviones, las naves espaciales, los submarinos, la fregona, la bombilla y un largo etc. que referencia a los grandes inventos del hombre en la historia. Auxili ares (Eléctr icos, hidráulicos, neum áticos, f r re nos) 1.3 Sistem as Auxiliares 15
Motor de de
arr anque
Sistemaeléctrico Sistema eléctrico a un conjunto de dispositivos cuya función es proveer la energía necesaria para el arranque y correcto funcionamiento funcionamiento de los accesorios eléctricos tales como luces, electrodomésticos y diversos instrumentos. Cuando los expertos diseñan un sistema eléctrico lo hacen pensando en cómo proveer energía aún en las peores condiciones de operación; los sistemas de 12 volts son los más tradicionales y, a su vez, los menos costosos, los de 24 volts se consideran los más eficientes. En la actualidad los sistemas eléctricos de las máquinas han evolucionado tremendamente comparados con los existentes hace relativamente poco tiempo. La introducción de la electrónica en ellos hace que cada nuevo modelo que sale al mercado suponga la introducción de nuevos componentes y nuevas funciones. En estos artículos vamos a tratar de forma general los componentes más importantes así como sus funciones, dejaremos los sistemas electrónicos para otros capítulos posteriores teniendo en cuenta su complejidad. Las funciones básicas del sistema eléctrico comienzan nada más arrancar la máquina. Consisten en suministrar la energía necesaria para arrancar el motor, utilizar luces, accesorios eléctricos, instrumentos, indicadores etc. Los componentes electrónicos que forman parte del sistema eléctrico sirven en su mayoría para efectuar un control más fino de los distintos componentes como la inyección del motor, control de cambios de la servotransmisión, control de las funciones hidráulicas, etc, y todo ello de una forma que permite el ajuste o modificación de los parámetros de funcionamiento, de manera que la máquina se adapte en cada momento a las condiciones en que trabaja, de una forma automática.
Sistema de carga y arranque. El sistema se compone de batería, motor de arranque y alternador con su regulador incorporado. Es el sistema que requiere más potencia de todos los de la máquina. En motores antiguos también se contemplan bujías de precalentamiento o calentadores para motores dotados de sistema de pre combustión. La batería es la encargada encargada de mantener una reserva de corriente corriente para hacer funcionar funcionar el arranque y los accesorios mientras la máquina esta parada. También actúa de reserva cuando el generador no es suficiente porque el consumo eléctrico momentáneo supere su capacidad de producir corriente, y estabiliza el sistema absorbiendo las cargas puntuales que se producen cuando se enciende o apaga algún componente de fuerte consumo. Normalmente suelen ser de plomo y ácido. El almacenamiento de la energía se hace de forma química química y la potencia la da en forma de electricidad. electricidad.
14 15
Motor de de
arr anque
Actualmente la mayoría de las baterías utilizadas en máquinas no requieren mantenimiento alguno durante toda su vida útil, sin embargo es conveniente comprobar de vez en cuando el estado de los bornes y conexiones, puesto que la intensidad de corriente que pasa por ellos es tan fuerte que un borne flojo puede dar lugar a una avería aver ía prematura de la batería.
Problemas en las baterí as: Se pueden presentar diversos problemas en las baterías entre los que se pueden destacar: Roturas de carcasas y puentes puentes entre bornes, generalmente por golpes y vibraciones. Cortocircuito entre las placas, generalmente producidos por decantación en el fondo del material desprendido de las placas que se va acumulando hasta llegar a la altura de las mismas cortocircuitándolas. Suele darse en uno de los vasos lo que inutiliza toda la batería. Oxidación Oxidación de las placas, producida por el paso del tiempo o bien por una carga excesiva por defecto en el alternador o por haber quedado descubiertas sin electrolito. Las baterías utilizadas en maquinaria como las utilizadas en el transporte suelen ser de gran capacidad, puesto que los motores grandes gr andes requieren motores de arranque de mucha potencia que precisan grandes intensidades de corriente al mismo tiempo que los diversos sistemas tanto de iluminación como electrónicos cada vez más comunes y en más cantidad requieren requ ieren capacidades de reserva cada vez más altas. Para comprobar la carga de una batería se utiliza un comprobador de descarga que mide la tensión entre los bornes aplicando una carga parecida a la del motor de arranque. Aunque es posible que la batería no pueda conservar la carga, por lo que es conveniente efectuar de nuevo la prueba transcurridos algunos días para asegurarse. Las baterías modernas no necesitan mantenimiento ni relleno de electrolito, simplemente una limpieza de bornes y en general de la batería de vez en cuando servirá para mantenerla en perfecto estado de funcionamiento. El motor de arranque va montado en la carcasa del volante del motor de manera que, mediante una corona dentada, al accionar la llave de encendido hace girar el cigüeñal del motor para que comience el ciclo de combustión. Lleva incorporado un relé que tiene la función doble de desplazar el piñón del arranque para que engrane con la corona y a la vez cierra el circuito de potencia que hace girar el arranque. El motor de arranque no requiere mantenimiento habitualmente, únicamente es conveniente revisarlo cuando el motor diesel necesite a su vez una reconstrucción, teniendo en cuenta revisar la corona del volante del motor diesel y sustituyendo los elementos del motor de arranque que estén gastados por el uso, como casquillos, contactos contactos del relé, escobillas, etc.
15
Motor de de
arr anque
Antiguamente la explosión o combustión de los motores podía comenzarse con sistemas manuales como la manivela, de compresión de muelles, de aire comprimido, etc. El motor de arranque eléctrico es la forma habitual de comenzar la ignición de los motores de vehículos y maquinaria en la actualidad, aunque subsisten algunos sistemas de aire en aplicaciones marinas. El motor de arranque tiene la función de hacer girar el cigüeñal del motor térmico con el fin de que comience el ciclo de explosión o combustión, y hasta que este último es capaz de continuar por si solo. Los motores de arranque constan de dos elementos principales: El motor eléctrico simple que suele ser un motor "serie" de corriente continua. Motor "serie" quiere decir que la corriente pasa inicialmente por sus bobinas inductoras y a continuación por el inducido sin ninguna derivación. Este tipo de motor se caracteriza por un elevado par de arranque que lo hace optimo en esta aplicación. El relé principal de arranque que tiene la misión de conectar al motor eléctrico con la batería directamente y en segundo lugar desplazar el piñón del arranque para que este se conecte con la corona del volante de inercia del motor térmico y así poder transmitir el giro del arranque al cigüeñal. El circuito eléctrico externo que pone en funcionamiento un motor de arranque es simple, consta de un cable grueso de positivo de batería conectado directamente directamente al relé del arranque y otro de control que va a la llave de contacto y de esta al relé del arranque para darle la señal de encendido.
Averías más comun es. Las averías en un motor de arranque una vez descartado el circuito externo al mismo pueden ser eléctricas o mecánicas. Dentro de las mecánicas podemos hablar de: Roturas en el piñón de arranque, ar ranque, fácilmente detectable visualmente. Fallos en el embrague que hacen que gire el eje del inducido y no lo haga el piñón, se detecta por el sonido al poner en marcha el arranque. Rotura de la leva que desplaza el piñón, visualmente se detecta la falta de desplazamiento. Desgaste excesivo de los casquillos de giro del inducido y el fallo consiguiente del mismo, detectable desmontando el arranque. Dentro de las eléctricas: Fallo en los contactos del relé, se detecta con una lámpara serie. Fallo en el propio pr opio relé, se detecta suministrando corriente directamente sin pasar por la llave. Fallo en inductoras, inducido o escobillas, es necesario desmontar el arranque.
1 6
El alternador es un elemento fundamental entre los componentes de un motor y tiene dos funciones fundamentales, la primera recargar la batería y dejarla en condiciones de efectuar un nuevo arranque del motor térmico en cuanto sea preciso y la segunda alimentar de corriente eléctrica los componentes auxiliares del motor térmico así como el alumbrado, sensores, indicadores, etc. Antiguamente se usaba una dinamo de corriente continua para estas funciones, actualmente los componentes electrónicos hacen más sencillo y barato usar un alternador para esta labor, el alternador produce más corriente con un tamaño menor de componentes y necesita menos revoluciones de motor para hacerlo. El alternador en una máquina síncrona trifásica que genera corriente alterna la cual se rectifica mediante unos diodos para así alimentar la batería y el resto de componentes con una corriente de 14 voltios para turismos y 28 voltios para vehículos industriales y máquinas grandes.
Características del alter nador .
Entrega de potencia útil incluso al ralentí. Menor volumen a igual potencia suministrada que las dinamos. Larga vida útil por no tener muchos elementos móviles. móviles. 16 Par tes de un motor de arr anqu e
Buena resistencia a elementos externos como humedad, calor, vibraciones, polvo, etc.
Averías más comun es. Las averías más frecuentes de un alternador pueden ser de dos tipos: Mecánicas: Fallo en el mecanismo de arrastre del rotor por correas flojas, engrasadas o rotas o bien la polea rota o desgastada. Suele detectarse por un ruido ru ido de patinamiento de las correas. Fallo en los rodamientos con su consiguiente agarrotamiento y la destrucción completa del alternador en la mayoría de los casos. Suele producirse ruido de agarrotamiento con anterioridad. Eléctricas: Fallo en el bobinado de rotor o inducido. Se comprueba desmontando el alternador y comprobando su continuidad. Fallo en el regulador. Solo se puede comprobar sustituyéndolo por otro. Fallo en los rectificadores, en los alternadores modernos se sustituyen como un conjunto y se comprueban con polímetro. Sistemas hidráulicos Todas las máquinas de movimiento de tierras actuales, en mayor o menor medida, utilizan los sistemas hidráulicos para su funcionamiento; de ahí la importancia que estos tienen en la configuración de los equipos y en su funcionamiento. Un sistema hidráulico constituye un método relativamente simple de aplicar grandes fuerzas que se pueden regular y dirigir de la forma más conveniente. Otras de las características de los sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todo sistema hidráulico consta de unos cuantos componentes relativamente simples y su funcionamiento es fácil de entender. Vamos a tratar de describir algunos principios de funcionamiento así como algunos componentes simples y la forma en que se combinan para formar un circuito hidráulico. Hay dos conceptos que tenemos que tener claros el de fuerza y el de presión. Fuerza es toda acción acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. La presión es el resultado de dividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo. La presión se mide generalmente en Kilogramos/Cm2. La hidráulica consiste en utilizar un liquido para transmitir una fuerza de un punto a otro. Los líquidos tienen algunas características que los hacen ideales para esta función, como son las siguientes: Incompresibilidad. (Los líquidos no se pueden comprimir) Movimiento libre de sus moléculas . (Los líquidos se adaptan a la superficie que los contiene). Viscosidad . (Resistencia que oponen las moléculas de los líquidos a deslizarse unas sobre otras). volumen de un líquido). líquido). D=P/V La densidad patrón patrón es la del agua que Densidad. (Relación entre el peso y el volumen es 1, es decir un decímetro cúbico pesa un kilo. El principio más importante de la hidráulica es el de Pascal que dice que la fuerza ejercida sobre un líquido se transmite en forma de presión sobre todo el volumen del líquido y en todas direcciones. Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el aceite por medio de una bomba conectada a un motor, se transmite a través de tuberías metálicas, cas, conductos, latiguillos, latiguillos, etc. y se proyecta en cilindros hidráulicos, motores, etc. Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de aceite, una bomba que lo impulsa, una tubería que lo transmite y un cilindro que actúa. Componentes básicos de los circuitos h idr áulicos Los sistemas hidráulicos se componen básicamente de: Bombas.
Tuberías. Válvulas. Depósitos. Cilindros o botellas. Motores. Filtros. Las bombas hidráulicas en maquinaria suelen ser de tres tipos fundamentalmente: Bombas de engranajes, bombas de paletas y bombas de pistones.
Una bomba hidráulica es un dispositivo tal, que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior, la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Se dice que una bomba es de desplazamiento negativo cuando su órgano propulsor no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola. Otra definición para aclarar los los términos términos dice dice que las bombas de desplazamiento negativo son las que desplazan una cantidad variable de líquido dependiendo de la presión del sistema. sistema. A mayor presión menor cantidad de líquido desplazará. A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se
transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz.
Bombas hidráulicas de engranajes o piñones Este es uno de los tipos más populares de bombas de caudal constante usados en la maquinaria. En su forma más común, se componen de dos piñones dentados acoplados que dan vueltas, con un cierto juego, dentro de un cuerpo estanco. El piñón motriz motriz o principal esta enchavetado enchavetado sobre el árbol de arrastre accionando generalmente por el motor diesel o por una toma de fuerza de la transmisión, etc. Las tuberías de aspiración o succión y de salida o descarga van conectadas cada una por un lado, sobre el cuerpo de la bomba. Los dientes de los piñones al entrar en contacto por él lado de salida expulsa el aceite contenido en los huecos, en tanto que el vacío que se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la aspiración del aceite en los mismos huecos. Los ejes de ambos engranajes están soportados por sendos cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo. El aceite es atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de función que los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes desde la lumbrera de aspiración hasta la descarga. Lógicamente el aceite no puede retornar al lado de admisión ad misión a través del punto de engrane. Bombas hidráulicas de paletas Las bombas hidráulicas de paletas se utilizan a menudo en circuitos hidráulicos de diversas máquinas de movimiento movimiento de tierras. tierr as. Son típicas en los sistemas hidráulicos de dirección de las máquinas. Constan de varias partes: Anillo excéntrico. Rotor. Paletas. Tapas o placas de extremo.
El accionamiento se efectúa por medio de un eje estriado que engrana con el estriado interior del rotor. Hay diversos diseños para conseguir el contacto entre la paleta y el anillo; en unos se utiliza la propia fuerza centrífuga que les imprime el giro del rotor, en estos modelos se requiere una velocidad mínima de giro para garantizar el correcto apoyo de la paleta sobre el anillo; en otros modelos esta fuerza centrífuga se refuerza con unos muelles colocados entre la paleta y su alojamiento en el rotor, esto disminuye la velocidad mínima necesaria para el apoyo; otros modelos utilizan una reducida presión hidráulica para empujar la paleta. Las bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable.
Bombas hidráulicas de pistones Las bombas de pistones están formadas por un conjunto de pequeños pistones que van subiendo y bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir de un movimiento rotativo del eje. Estas bombas disponen de varios conjuntos pistóncilindro de forma que mientras unos pistones están aspirando liquido, otros lo están impulsando, consiguiendo así un flujo menos pulsante; siendo más continuo cuantos más pistones haya en la bomba; el liquido pasa al interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsándolo en su carrera de compresión, produciendo así el caudal. La eficiencia de las bombas de pistones es, en general, mayor que cualquier otro tipo, venciendo, generalmente, presiones de trabajo más elevadas que las bombas de engranajes o de paletas. Las tolerancias muy ajustadas de estas bombas las hacen muy sensibles a la contaminación del líquido. Según la disposición de los pistones con relación al eje que los acciona, estas bombas pueden clasificarse en tres tipos: Axiales: los pistones son paralelos entre si y también paralelos al eje. e je. Radiales: los pistones son perpendiculares al eje, en forma de radios. Transversales: los pistones, perpendiculares al eje, son accionados por bielas. Las tuberías de conducción de los circuitos hidráulicos pueden ser metálicas con tubos rígidos conformados a la medida o bien latiguillos de goma con una o varias capas de alambres de acero trenzado en su interior, dependiendo de la presión para la cual estén diseñados. Las válvulas son fundamentales en los circuitos hidráulicos, y son las que controlan los flujos de aceite para dirigirlos hacia el lugar conveniente en cada momento. Cada fabricante puede denominarlas de una manera distinta, pero básicamente las funciones son similares en casi todos los circuitos hidráulicos. Podemos hablar de válvulas de carrete, de retención, reductoras de presión, de seguridad, compensadoras, pilotadas, antirretorno, moduladoras, combinadas, etc. Actualmente la tendencia general de todos los fabricantes es la de sustituir los circuitos pilotados hidráulicamente por pilotaje electrónico que resulta mas cómodo, barato y sencillo, los circuitos son mandados por señales eléctricas y en unos pocos años la parte hidráulica de las máquinas se limitará a los circuitos principales que son menos propensos a las averías. Los depósitos hidráulicos pueden ser de dos tipos: tipos: Presurizados que mantienen durante el funcionamiento de la máquina una presión en su interior que favorece la descarga de aceite hacia las bombas. Depósitos con respiradero que no mantienen presión en su interior. Los cilindros o botellas pueden tener diversas formas o tener los soportes colocados de distinta manera, pero generalmente se pueden clasificar por el sistema de cierre de la
tapa que varia var ia en función de la presión que tengan que soportar. Las tapas que usan tornillos aguantan generalmente más presión que las tapas que van atornilladas directamente en la camisa. Estas últimas pueden ser atornilladas exteriormente o bien en la parte interior de la camisa. Motores hidráulicos
traslación de las máquinas.
son generalmente de pistones y caudal fijo, se utilizan generalmente para la
Filtros hidráulicos, van generalmente en derivación con el circuito principal y suele pasar por ellos una parte de la presión de retorno, circunstancia por la cual, su eficacia en el circuito es limitada. No suelen colocarse en las líneas de presión porque necesitarían ser muy reforzados para aguantar tan altas presiones y serian antieconómicos. En las líneas de aspiración de las bombas podrían dar lugar a restricciones que producirían cavitación acortando así drásticamente drásticamente la vida útil de las mismas. Como consecuencia de los cambios que están experimentando los circuitos hidráulicos tanto en cuanto a su configuración, (nuevos elementos electrónicos, sensores más eficaces, pasos de aceite más restringidos), como en cuanto a su tecnología, (ajustes de válvulas más pequeños, cilindros y vástagos con mecanizados más finos, menores tolerancias en general en los circuitos), cada vez es mas critica la limpieza del aceite que circula por los mismos, los mantenimientos mantenimientos de los circuitos hidráulicos, al contrario que en otros sistemas, sistemas, se están acortando. Un circuito hidráulico en el que se produzca una avería que dé lugar a la rotura de algún componente, por sus especiales características, trasladará trasladará la contaminación inmediatamente inmediatamente a todo el resto del circuito, siendo muy probable que se tenga que desmontar y limpiar el circuito completo para solucionar el problema. riger ación Ref ri Todos los motores de combustión interna interna se calientan durante el funcionamiento. funcionamiento. Este Este calor se produce al quemar el combustible dentro de los cilindros. El sistema de enfriamiento debe poder eliminar suficiente calor como para mantener el motor a una temperatura apropiada para la operación, pero no debe eliminar tanto calor como para que el motor funcione en frío. Además, en ciertas aplicaciones, el sistema de enfriamiento debe eliminar también el calor
La ilustración de la derecha se muestra un sistema de enfriamiento marcando el recorrido del refrigerante.
El sistema de enfriamiento afecta directamente al funcionamiento y a la vida útil de la máquina. Si el sistema de enfriamiento no es del tamaño apropiado, o si no recibe buena atención de mantenimiento o si la máquina no se opera de la forma debida, puede producirse recalentamiento recalentamiento o exceso de enfriamiento. Como estos dos factores pueden acortar la vida útil del motor o causar un rendimiento deficiente, es muy importante descubrir y corregir de inmediato cualquier problema en el sistema de enfriamiento. Hay muchos sistemas de enfriamiento; la mayoría tiene un radiador y un ventilador para eliminar el calor del motor mientras que otros usan un intercambiador de calor, enfriadores de agua salada o torres de enfriamiento. Los componentes básicos de la mayoría de los sistemas de enfriamiento son: refrigerante, bomba de agua, enfriador de aceite del motor, termostatos, ventilador ventilador y radiador. radiad or. Durante el funcionamiento normal, la bomba de agua envía refrigerante al bloque del motor a través del enfriador de aceite del motor. motor. El El refrigerante fluye después a través del bloque bloque del motor a la culata o culatas de los cilindros en donde es enviado a las superficies calientes de las mismas, pasa luego a la caja del termostato. Cuando el motor esta frío, los termostatos impiden el flujo del refrigerante hacia el radiador y el refrigerante vuelve directamente a la bomba del agua. Al ir aumentando la temperatura del refrigerante, los termostatos comienzan a abrirse y permiten per miten que parte del refrigerante fluya al radiador.
Factores que afectan al sistema de enf ri riamien to. Altitud La velocidad de transferencia de calor del radiador al aire esta en relación directa con la diferencia entre las temperaturas del refrigerante y del aire. Una temperatura ambiente elevada hará que la temperatura del refrigerante sea más alta que la normal. A medida que aumenta la altitud se reduce la densidad del aire. Por lo tanto se reduce la velocidad de transferencia térmica del aire a medida que aumenta la altitud. Sin embargo la temperatura ambiente se reduce a mayores altitudes con lo que se contrarrestan los efectos. Sobrecarga La operación de una máquina sobrecargada también puede producir sobrecalentamiento. La selección de velocidades adecuadas es muy importante. Se puede recalentar el sistema de enfriamiento si la máquina funciona durante un largo tiempo en una velocidad cercana a la de calado de convertidor. En tales condiciones condiciones el motor y el convertidor generan grandes cantidades de calor a la vez que se reduce la velocidad del ventilador y la bomba de agua. agu a. Enfriador aceite motor Muchos motores tienen también enfriadores de aceite motor. La mayor parte del calor proviene del rociado de la parte inferior de los pistones. La alta temperatura de los pistones se debe a la alta temperatura del aire de admisión por la acción del turbo, también se puede producir por un ajuste inadecuado de la inyección y por poca presión de soplado del turbo. Posenfriadores. El aire a la salida del turbo esta a mayor temperatura que en la entrada del mismo. Algunos motores tienen un posenfriador, para bajar la temperatura de salida del turbo, este posenfriador utiliza refrigerante para absorber el calor del aire. Si el núcleo del posenfriador esta sucio o tiene aceite, el refrigerante no puede absorber tanto calor como en condiciones normales. Esto puede elevar la temperatura de los pistones y reducir la potencia del motor. Enfriadores de aceite de transmisiones, transmisiones transmisiones marinas o convertidores de par. En estos elementos elementos se genera calor generalmente por agitación o batido del aceite. aceite. El calor aumenta con la carga y se genera mayor cantidad de calor cuando funcionan a una velocidad próxima a la de
calado. El convertidor de par también genera mucho calor cuando funciona a alta velocidad sin carga sobretodo cuesta abajo.
Enfriadores de retardadores. Algunas máquinas tienen un retardador que reduce la velocidad de la máquina al bajar una pendiente. La utilización del retardador genera calor en el aceite del mismo. Cuando se use el retardador es importante que el motor funcione a las RPM adecuadas y en la marcha apropiada. Múltiples de escape enfriados por agua y deflectores de calor generado por el turbo enfriados por agua. Algunos motores, sobre todo los motores marinos, están equipados con múltiples múltiples de escape enfriados por agua y deflectores de calor enfriados por agua. El ajuste de combustible o sincronización de inyección inadecuados, una carga excesiva del motor la alta temperatura del aire de admisión restricción en el flujo de aire de escape originar altas temperaturas de escape y del refrigerante. Enfriadores de aceite hidráulico. Por lo general son del tipo radiador colocado entre el núcleo del radiador y el ventilador. El aire debe pasar por el enfriador antes que por el radiador lo que da lugar a que un alto calentamiento del enfriador transfiera el calor al radiador. Sistema
de Fr enos
Frenos de servicio de los dúmperes de Caterpillar Frenos Traseros de Discos Refrigerados por Aceite del dúmper 773D Los frenos Caterpillar de discos múltiples, refrigerados por aceite a presión están refrigerados continuamente proporcionando una capacidad de frenado y de retardo y una resistencia a la fatiga, excepcionales. El Control Automático del Retardador y la Ayuda Automática Automática Electrónica a la Tracción utilizan los frenos traseros refrigerados por aceite para aumentar las prestaciones del dúmper y aumentar su productividad. 1 Pistón de Estacionamiento/Secundario 2 Pistón de Servicio/Retardo Ser vicio/Retardo 3 Discos de Fricción 4 Platos de Acero 5 Muelles de Empuje 6 Entrada del Aceite de Enfriamiento 7 Salida del Aceite de Enfriamiento
Los frenos de discos refrigerados por aceite están diseñados y fabricados para funcionar con total seguridad, sin necesidad de ajustes, proporcionando mejor rendimiento y mayor duración que los sistemas de zapata y de discos secos. Una película de aceite evita el contacto directo de los discos. Esto absorbe las fuerzas de frenado, mantiene el aceite lubricante y disipa el calor, alargando la duración del sistema. El diseño de doble pistón, patentado por Caterpillar combina los frenos secundario y de estacionamiento estacionamiento y las funciones del retardador. El pistón principal es accionado hidráulicamente proporcionando las funciones de retardo y de freno de servicio. El pistón secundario se aplica por muelle y se mantiene en la posición de desactivado por la presión hidráulica. En caso de que la presión del sistema hidráulico descienda por debajo de un determinado nivel, el pistón secundario que se aplica por muelle aplicará automáticamente los frenos. El sistema del retardador tiene una potencia de 1864 kW (2500 HP) en servicio intermitente y de 895 kW (1200 HP) en servicio continuo. Durante el retardo, el motor trabaja en contra de la compresión y se corta la entrada de combustible, aumentando el rendimiento de la máquina. Las fuerzas de retardo son absorbidas por las ruedas por lo que no se producen en el eje motriz tensiones asociadas con el sistema de retardo.
Los dúmperes Caterpillar llevan llevan los siguientes sistemas de freno: 1. Freno de estacionamiento. estacionamiento. Actúan sobre el pistón 1 2. Freno de servicio. servicio. Actúan Actúan sobre el pistón 2. 3. Retardador. Actúan Actúan sobre el pistón 2. 4. Freno de emergencia. Actúan sobre el pistón 1 y 2 y sobre los frenos delanteros aunque estos estén desconectados. 5. Frenos delanteros. Solamente funcionan con los de servicio si están conectados. (tecla en el cuadro). 6. Frenos delanteros Frenos delanteros de discos refrigerados por aceite (opción). Ver foto superior Proporcionan mayor capacidad de frenado y control de la máquina cuando se trabaja sobre suelos resbaladizos y deslizantes. Los frenos delanteros son de serie, la opción consiste en colocar refrigeración. El frenado se distribuye entre los dos ejes aumentando la tracción. Cuando los transportes cuesta abajo son largos, la reconstrucción de los frenos se hace menos frecuente. Conclusiones El conocimiento de los sistemas auxiliares en el funcionamiento de una maquinaria pesada es muy importante, en este apartado se incluyeron los principales sistemas auxiliares, las características de cada uno de ellos así como también se conocieron algunas de las principales averías en estos sistemas, lo cual consideramos de vital importancia ya que en nuestra vida profesional al trabajar con la maquinaria en obra, podrían presentarse problemas o situaciones especiales que sin los conocimientos adecuados no podrían superarse.
1.4MEDIOSDE LOCOMOCIÓN
Al seleccionarse un tractor debe considerarse distintos factores que determinaran el tamaño, potencia, tipo de hoja a utilizar, entre otros. Algunos de estos factores son: El tamaño que se requiere para determinada obra. La clase de obra en la que se empleara, conformación, jalando una escrepa, jalando un vagón, arando, etc. El tipo de terreno sobre el que viajara, alta o baja eficiencia de tracción. La firmeza del camino de acarreo. La rigurosidad del camino. Pendiente del camino. La longitud de acarreo. El tipo de trabajo que tenga que hacerse después de terminada la obra. Por lo tanto en este tema trataremos los medios de locomoción ya que también representan un factor importante en el desempeño de la tarea o trabajo a realizar, por que de la velocidad de desplazamiento de la maquina dentro del área de trabajo implica relativamente el avance de la obra o proyecto pr oyecto realizado. Así pues hemos considerado dos medios de locomoción principales como son las cadenas de transito y los neumáticos utilizados para diferentes tipos de maquinaria, mas adelante mostraremos las características y mencionaremos sus ventajas y desventajas de estos medios de locomoción. 1.4Mediosde locomoción
Cadenas o transito: utilizadas para terrenos inestables de topografía accidentada Presentan mayor tracción en el suelo, pero menor velocidad de desplazamiento Un claro ejemplo de maquinaria que se desplaza por medio de cadenas o de transito son los tractores bulldozer. Dentro de los bulldozer o tractores tenemos los tipos de locomoción por medio de cadenas o tránsitos (orugas).
Como podemos ver claramente las cadenas famosamente conocidas como orugas, son de muchisima ventaja para la utilizacion puesto que al presentar mayor traccion sobre las ruedas de transito, estas favorecen la potencia de empuje del motor, este tipo de cadenas los podemos ver en diversas variantes de maquinaria pesada:
Trenes de Rodamiento de Orugas y sus par tes Somos Distribuidores Exclusivos de los Rodajes Berco®, marca que es considerada la número uno en fabricación de rodamientos para maquinaria de orugas.
Repu estos Equivalentes para Maquinaria CAT®
Agro-Costa como Distribuidor Autorizado de CTP, vende repuestos equivalentes de esta marca, los cuales son fabricados bajos los más rigurosos estándares de calidad.
Sellos y Emp aqu etadu r as En cuanto a Sellos y Empaquetaduras Agro-Costa consciente de que nuestros clientes necesitan piezas de excelente calidad y de alto rendimiento ofrecemos los Sellos y Empaquetaduras CTP, los cuales son fabricados con el respaldo de Interface Solution Inc. (ISI), empresa líder en la producción de material para Sellos y Empaques. Haciendo así de los Sellos y Empaques CTP una alternativa confiable que además ofrece un u n extenso rango rang o de Kits de Empaquetaduras y Sellos para maquinas de movimiento movimiento de tierra.
Tipos de cadenas Los actuales trenes de rodaje utilizados en la maquinaria se clasifican en varios tipos dependiendo del sistema bulón-casquillo (ver componentes) que se use. Los primeros rodajes que existieron contactaban directamente metal contra metal entre el bulón y el casquillo. Con el giro de las cadenas ambos componentes se desgastaban hasta el punto de destrucción en un corto periodo de tiempo. La suciedad se introducía entre el bulón y el asquillo y aceleraba el proceso de destrucción. Además el contacto del casquillo contra la rueda r ueda cabilla producía también un desgaste exterior en el casquillo. Por otra parte los eslabones se desgastaban en contacto con las ruedas guías y los rodillos r odillos inferiores y superiores. Más tarde se introdujo un retén que impedía la entrada de suciedad entre los bulones y los casquillos lo que retardaba el desgaste que se producía en el conjunto. A este tipo de
cadenas se le llama cadena sellada. Son las cadenas que vemos habitualmente en casi todas las excavadoras de cadenas. Una variante de este sistema lo constituyen las cadenas lubricadas con grasa que es una cadena sellada en la que se le introduce grasa en el interior en el momento del montaje. Lo utilizan algunas casas comerciales comerciales últimamente últimamente en sus excavadoras. A continuación se cambió el sistema de retenes y se introdujo aceite entre el eslabón y el casquillo. Son las cadenas selladas y lubricadas. Con esto se consigue que el desgaste interno entre el bulón y el casquillo sea prácticamente inexistente, prolongando la vida útil del conjunto de las cadenas pasando a ser el desgaste externo de los casquillos el factor crítico de destrucción de la cadena. Este tipo de cadenas selladas y lubricadas requieren normalmente un mantenimiento a la mitad de su vida útil. Se desmonta todo el conjunto y al montarlo de nuevo se giran los casquillos 180 grados de manera que la parte más desgastada pase al lado contrario, con lo que si el desgaste del eslabón lo permite se disponga de un 50% más de vida. Es necesario un seguimiento del rodaje para determinar el punto en el cual es necesario el mantenimiento. Este tipo de rodajes se usan normalmente en palas de cadenas, buldózer, tiendetubos, etc. Un paso más adelante lo constituyen las cadenas de casquillo giratorio que es el último invento de Caterpillar. Este tipo de cadenas además de ser selladas y lubricadas llevan un doble sistema de retenes que permite el giro libre de los casquillos al entrar en la rueda de tracción o rueda cabilla, con lo que se evita el desgaste externo de los casquillos como factor crítico de destrucción y además se descarta el mantenimiento de las cadenas con el consiguiente ahorro de costes. Este sistema por sus costes se aplica solamente en buldózer de momento. Este invento posiblemente en unos pocos años revolucionará los trenes de rodaje de la maquinaria, modificando posiblemente la conexión de todos los componentes del sistema. Actualmente existen muy pocas máquinas en el mercado con este tipo de rodajes, pero no nos cabe la menor duda de que el futuro lleva este camino. Los rodillos inferiores, superiores y ruedas guías llevan también aceite en el interior de sus ejes para evitar el desgaste prematuro. Algunos ejemplos de cadenas utilizadas como medio de locomoción
Orugadeaceroy roygoma McLa r enIndustries
OrugadegomaSOLIDEALINTERNATIONAL
OrugadegomaSOLIDEALINTERNATIONAL
RubberBelt OrugadegomaDongililR
Orugadegomapar acargador asdecadenasMcLaren
Orugadegoma par amini-excavador aMcLa r enIndustries
Orugapar aminicargador asMcLar enIndustries
Neumáticos: generalmente utilizada para terrenos firmes de topografía sensiblemente plana, presentan menor tracción en el suelo y una mayor velocidad de desplazamiento
Autoelevadores
Cargador ascompactas
Ca rgador aFrontal
Excavadoras
Rodillos osVibratorios Vibratorios
Retroexcavadoras
Tr act act or esdeOrugas
Motoniveladoras
A continuación mencionaremos algunos tipos de neumáticos de la amplia gama clasificada
Llantapar amáquinasdeobr asTr elle elleborgWheelS ystems
Neumáticopar a apisonador aMichelin
Neumáticopar aapisonador aDenma ntir ecorporation
Neumáticopar aapisonador aGPX
Neumáticopar aapisonador a Mar angoniPneumatici
Neumáticopar aautocargador dorfor for estalGPX
Neumáticopar acargador dorMichelin Michelin
Neumáticopar acargadorALLIANCE dorALLIANCE
Neumáticopar acargadorGPX dorGPX
Neumáticopar a cargadorZEUS USG GmbH bHWinstone Winstone
Neumáticopar adesalo jadorfor dorfor estalALLIANCE
Neumáticopar adesalo jadorfor dorfor estalGPX
Neumáticopar adozerALLIANCE
ticuladoALLIANCE Neumáticopar adúmperar tic doALLIANCE
ticuladoZEUS Neumáticopar adúmperar tic USG GmbH bHWinstone Winstone
Neumáticopar a excavador ahidr áulicaMichelin
Neumáticopar aexcavador ahidr áulicaMar angoniPneumatici
Neumáticopar agrúaALLIANCE
Neumáticopar agrúaZEUSGmbH bHWinstone Winstone
íc olaALLIANCE Neumáticopar amáquinaagr íc
íc olaDenmanti r ecorporation Neumáticopar amáquinaagr íc
ícolaGPX Neumáticopar a máquinaagr íc
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
íc olaT laTr elle elleborgWheel Systems Neumáticopar amáquinaagr íc
Neumáticopar amáquinadecanter aALLIANCE
Neumáticopar amáquinadeobr asSOLIDEALNTERNATIONAL
Neumáticopar amáquinadeobr asALLIANCE
Conclusiones Como podemos darnos cuenta, la importancia del medio de locomoción en la maquinaria es importante puesto que estos medios influyen en la velocidad de desplazamiento, y la velocidad de desplazamiento en el avance de la obra, así pues, para mover grandes volúmenes de tierra por ejemplo utilizaríamos un medio de locomoción que presente mayor fricción y tracción en el suelo pues esto favorece a la potencia del motor en su empuje, pero si vamos a cargar la tierra en un camión ubicado a varios metros de distancia a campo abierto, pues utilizaríamos una maquina, en este caso un cargador de neumáticos por su velocidad de desplazamiento sobre el suelo. Cabe mencionar que es importante también conocer el tipo de suelo donde se está trabajando pues depende también mucho de este la funiconabilidad del medio de locomoción, así pues si se trabaja en un suelo muy lodoso no es muy conveniente trabajar con maquinas de neumáticos puesto que presentan menos tracción en estos suelos y si una maquina de oruga. En cambio si se requiere hacer un trabajo final en el pavimento por ejemplo, por supuesto que utilizaríamos una maquina ya sea motoconformadora, compactadora o cargador de neumáticos. Por lo anterior mencionado podemos concluir en que cada medio de locomoción tiene sus ventajas y también sus desventajas dependiendo de tipo de suelo y del tipo de obra a realizar.
-1-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
CAPITULO CAPITULO II DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y CÁLCULO DE PRODUCTIVIDAD 2.1.
EQUIPO PARA CORTE Y DESMONTE
2.1.1
TRACTORES TRACTORES EMPUJADORES EMPUJADORES
2.1.1.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Son máquinas que transforman la potencia del motor en energía de tracción, para excavar, empujar o jalar cargas. Es un equipo fundamental para las construcciones, por su amplia versatilidad es capaz de realizar una infinidad de tareas. Se fabrican sobre orugas o enllantados: Los tractores sobre orugas desarrollan una mayor potencia a menor velocidad, los de ruedas trabajan a mayor velocidad con un menor aprovechamiento de la energía en ergía del motor, su fuerza de tracción es considerablemente considerablemente menor a la del tractor de orugas.
TRACTORES DE ORUGAS
-2-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Tienen la ventaja de trabajar en condiciones adversas, sobre terrenos accidentados o poco resistentes, en lugares donde no existen caminos, ya que es capaz de abrir su propia senda. Puede transitar por laderas escarpadas y con fuertes pendientes. Generalmente forma parte del primer contingente de máquinas que inician una obra, ya sea abriendo sendas, efectuando la limpieza y desbosque del terreno o realizando las tareas de excavación. Se utiliza para una variedad de trabajos, tales como excavación, desbroce de árboles y arbustos, remolque de traíllas sobre terrenos inestables, pantanosos y con fuerte pendiente, remolque de apisonadoras, arados, etc., como pusher para el movimiento de traíllas. También se utilizan para trabajos de mayor precisión, como ser nivelación de terraplenes, desmonte de los lugares de corte, empuje y acopio de materiales, apertura de cunetas, peinado inicial de taludes, etc. Se fabrican tractores con motores cuya potencia varía de 70 a 800 HP o más.
TRACTORES DE LLANTAS NEUMATICAS
-3-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Pueden desarrollar altas velocidades llegando a 60 KM/Hora, con la desventaja de que su fuerza tractiva es mucho menor, debido a que el coeficiente de tracción es menor para los neumáticos. Para su operación requieren superficies estables y uniformes, con poca pendiente, para evitar e vitar hundimientos que disminuyen su tracción. Los tractores sobre neumáticos pueden recorrer distancias considerables sin dañar los pavimentos, por lo cual se utilizan en el mantenimiento de vías asfaltadas y con preferencia en el transporte de materiales a largas distancias, como por ejemplo los tractores que remolcan r emolcan traíllas. Los tractores de neumáticos pueden estar montados sobre dos o cuatro ruedas, de acuerdo al trabajo que van a ejecutar. Los tractores de dos ruedas tienen fácil maniobrabilidad, para hacer giros en espacios reducidos. Su fuerza de tracción es mayor comparada con el de cuatro ruedas, debido a que la resistencia a la rodadura es menor por tener un solo eje. Su costo de mantenimiento es menor por el menor número de llantas. Los tractores de cuatro ruedas tienen mayor estabilidad, por lo cual pueden transitar por caminos más accidentados y desarrollar una mayor velocidad. Tienen la ventaja que pueden desacoplarse de la unidad de remolque y usarse para otros fines.
DOZERS Los dozers se definen como tractores dotados de una hoja topadora montada en la parte delantera y al frente de los mismos. La hoja tiene una sección transversal curva para facilitar el trabajo de excavación, en su parte inferior esta provista de piezas cortantes atornilladas denominadas cuchillas y en ambos extremos una puntera también atornillada. Las hojas están -unidas al chasis de la oruga por dos brazos laterales, que tienen accionamiento hidráulico, mediante dos pistones de doble acción que soportan los brazos laterales y son movidos por la presión de una bomba hidráulica de alta presión. Los dozers se subdividen, de acuerdo al ángulo de trabajo de d e su hoja en tres tipos principales:
BULLDOZER
-4-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Son tractores que tienen la hoja topadora fija, perpendicular a su eje longitudinal, trabajan en línea recta, solo tienen movimiento vertical. La hoja puede inclinarse girando sobre el eje horizontal. Su uso es más productivo y económico en el empuje de materiales producto de excavaciones, o para excavaciones y rellenos en línea recta.
ANGLEDOZER
Son tractores equipados con una hoja topadora movible que puede girar hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal del tractor. Su hoja también puede inclinarse ligeramente bajando una de sus punteras con respecto al extremo opuesto. Su uso es más eficiente en trabajos a media ladera.
TILDOZER
Esta máquina tiene un sistema de giro ro en la hoja topadora, giro horizontal hor izontal y vertical a través de un sistema de mandos hidráulicos. Otras veces se monta la cuchilla detrás del tractor, constituyéndose así otra rama de máquinas de la misma aplicación de los dozers. En cada caso existen ventajas y desventajas, espacialmente por el sistema de mantenimiento que se debe efectuar en la máquina, los mandos hidráulicos son más caros para su mantenimiento en tanto que los mandos por cable son fáciles y de menos costo, aunque actualmente el sistema de mandos por cable ya no existe. -5-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TIPOS DE HOJAS TOPADORAS Para obtener una mayor productividad los tractores deben ser equipados con la hoja topadora adecuada, considerando los lugares y el tipo de trabajo que realizarán en la mayor parte de su vida útil. Básicamente se pueden citar los tipos siguientes:
HOJA RECTA "S" Esta hoja generalmente es más corta y de mayor altura, puede ser inclinada lateralmente para facilitar su penetración en el suelo. Tiene mejor adaptación debido a su diseño de "U" modificada y a su menor altura con referencia a la hoja universal "U", por lo cual puede maniobrar con mayor facilidad, logrando penetrar de 30 a 60 centímetros centímetros de acuerdo al modelo y tamaño del tractor, puede excavar suelos densos obteniendo mayores cargas en una amplia variedad de materiales. Este tipo de hoja puede ajustarse dándole una inclinación frontal de hasta 10 grados.
HOJA ANGULABLE E INCLINABLE A POTENCIA “P”
La versatilidad es la característica principal de esta hoja al poder realizar una gran variedad de trabajos desde desarrollos de sitios hasta trabajo general de empuje y aplicaciones de servicio pesado. En algunas máquinas el ángulo y la inclinación se controlan con dos palancas, mientras que en otras máquinas se usa una palanca solamente. La hoja VPAT (orientable e inclinable a potencia con cuchilla variable) puede inclinarse mecánicamente hacia adelante para obtener mejor penetración o para desmenuzar material pegajoso o hacia atrás para conseguir mayor productividad y facilitar el nivelado de acabado.
-6-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
HOJA DE RADIO VARIABLE “ VR”
La hoja VR de radio variable combina los beneficios de una hoja SU, o sea la habilidad de corte y penetración del suelo con las características de la hoja U de mayor retención y menos derrame de material. Esto se obtiene con la vertedera de radio variable. Esta hace que la tierra se mueva hacia el centro de la hoja y crea por esto una mayor acción de rodadura del material. Las planchas laterales extendidas retienen el material y aumentan su capacidad. La hoja VR de radio variable es una herramienta excelente para mejoramiento de terrenos, conservación del suelo, desarrollo urbano o construcción en general.
HOJA ANGULABLE "A" Tienen mayor longitud y menor altura, pueden situarse en posición recta o girar a derecha o izquierda ajustándose en diversas posiciones intermedias hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal del tractor. También pueden inclinarse lateralmente para que uno de sus extremos penetre en el terreno en el ámbito inferior del opuesto. Especialmente han sido diseñadas para efectuar empuje lateral y se utilizan para el equipamiento de los tractores angledozer. Se utilizan para efectuar el corte inicial en los movimientos de tierras, en la apertura de zanjas y cunetas, en el empuje de diferentes tipos de materiales, etc.
HOJA UNIVERSAL "U" Las amplias alas de esta hoja facilitan el empuje de grandes cargas a mayores distancias, se utilizan para modelos de tractores de mayor tamaño, principalmente efectúan trabajos para la habilitación de tierras, amontonamiento de materiales para los cargadores frontales, para la excavación de suelos livianos de poca densidad, etc. Relativamente tienen mayor longitud y altura, y una menor penetración que su equivalente en hoja recta "S".
-7-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
HOJA SEMI UNIVERSAL “SU ” La hoja “SU”combina las mejores características de las hojas S y U. Tiene mayor capacidad por habérsele
añadido alas cortas que incluyen sólo las cantoneras. Las alas mejoran la retención de la carga y permiten conservar la capacidad de penetrar y cargar con rapidez en materiales muy compactados y de trabajar con una gran variedad de materiales en aplicaciones de producción. Un cilindro de inclinación aumenta la productividad y versatilidad de esta hoja. Equipada con una plancha de empuje, es buena para par a cargar traíllas.
HOJA PARA TRACTORES TOPADORES TRANSPORTADORES “CD” La hoja CD está disponible solamente para el tractor topador transportador más grande. Está construida con los mismos requisitos de integridad estructural que las hojas topadoras “U” y “SU”. La hoja CD tiene una forma de “cucharón” que le ermite transportar varios metros cúbicos de material en la hoja. Este material actúa como
contrapeso descartable que permite que el tractor topador transportador empuje más material por pasada. La hoja CD no es tan eficaz como las hojas “U” y “SU” en materiales muy comprimidos o poco dinamitados. Sufre más a
causa de material retenido en la hoja al trabajar con materiales pegajosos.
HOJA AMORTIGUADA "C" Se utiliza para el empuje de traíllas, sus muelles de amortiguación suavizan y facilitan esta operación, su menor ancho permite una mejor visibilidad al operador y una mayor maniobrabilidad.
-8-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
HOJA PARA RELLENOS SANITARIOS Están diseñados para trabajar con basura y materiales livianos de poca densidad, tiene una rejilla en su parte superior que protege el radiador y facilita una buena visibilidad. La curvatura transversal de la hoja permite que el material ruede uniformemente. Principalmente se utilizan para la conformación de rellenos sanitarios.
RASTRILLO Se utilizan en aplicaciones de limpieza de terreno. Pueden trabajar con vegetación de hasta una altura de árboles medianos y ofrecen una buena penetración del suelo para sacar pequeños troncos, rocas y raíces. En la mayoría de los casos, las puntas de los rastrillos son reemplazables.
CONTROL DE LA HOJA El movimiento de la hoja topadora puede estar controlado por un sistema de cables o por mandos hidráulicos: El control de cable tiene mayor simplicidad en su operación, su reparación es más sencilla y menos costosa, pero tiene menor precisión. Con el control hidráulico se puede ejercer una mayor presión sobre la cuchilla consiguiendo una mayor penetración, además se consigue un ajuste más preciso y uniforme en la posición de la hoja.
LIMITACIONES DE LOS TRACTORES El mayor empuje en kilogramos que puede proporcionar un tractor es Igual al peso de la máquina más la fuerza máxima que suministra el tren de fuerza. -9-
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Algunas características del terreno y su humedad limitan la aptitud del tractor para aprovechar la totalidad de su peso y potencia. Los coeficientes aproximados de los factores de tracción que aparecen en la tabla siguiente permiten calcular la fuerza máxima de empuje de la hoja topadora, multiplicando el peso del tractor por los coeficientes de la tabla. Tabla 4. Coeficientes aproximados de los factores de tracción o agarre en el suelo Tipo de suelo Ruedas con neumáticos
Con orugas
Hormigón
0.90
0.45
Magra arcillosa seca (*)
0.55
0.90
Marga arcillosa mojada
0.45
0.70
Magra arcillosa con surcos
0.40
0.70
Arena seca
0.20
0.30
Arena Mojada
0.40
0.50
Canteras
0.65
0.55
Caminos de grava suelta
0.36
0.50
Tierra firme
0.55
0.90
Tierra floja
0.45
0.60
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de d e Construcción” Ing. Jaime Ayllon
(*) Marga: material compuesto de arcilla y carbonato de calcio, tiene color grisáceo y se utiliza para la fabricación del cemento Los tractores dozers tienen su mejor aprovechamiento en movimiento de tierras con recorridos de excavación y empuje menores a 100 metros y con una distancia de excavación menor a 15 metros, luego de la cual debe acumularse delante de la cuchilla una cantidad de material igual a su capacidad máxima. Si los terrenos son muy duros deben ser previamente aflojados, utilizando arados roturadores, llamados desgarradores o escarificadores, o en su defecto realizando perforaciones para el uso de explosivos.
DESGARRADOR Es un accesorio opcional que se ubica en la parte trasera de la máquina, está formado por una viga provista de cavidades donde se alojan los vástagos, cuyo número varía de uno a cinco. Los vástagos son una especie de arados pero mucho más largos, que tienen en su extremo inferior infer ior una punta removible.
- 10 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Se utilizan para la rotura de suelos duros o rocosos, facilitan el trabajo posterior de la hoja topadora, ampliando su campo de acción.
2.1.1.2 CALCULO DE PRODUCTIVIDAD DE TRACTORES CON TOPADORA La productividad de los tractores depende de las dimensiones de su hoja topadora, de la potencia del motor, del tipo de suelo (granulometría, forma de las partículas, contenido de roca, humedad, etc.), de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe empujar el material excavado, de la habilidad del operador, etc.
CARACTERÍSTICAS DEL SUELO QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS TRACTORES a) Tamaño y forma de las partículas.- Mientras más grandes sean las partículas del suelo presentarán una mayor dificultad a la penetración de la cuchilla. Las partículas de bordes cortantes dificultan dificultan la acción de volteo que produce la hoja, exigiendo una mayor potencia. b) Cantidad de vacíos.- Cuando no hay vacíos, o son muy pocos, la mayor parte de la superficie de cada partícula está en contacto con otras. Esto constituye constituye una ligazón que debe deb e romperse. Un material bien nivelado carece de vacíos y es generalmente muy denso, de modo que es difícil extraerlo del banco o tajo. e) Contenido de agua.- Contenido de agua. En casi toda materia seca es mayor la ligazón entre las partículas, y es más difícil la extracción. Y si está muy húmeda, pesa más y se necesita más potencia para moverla. Con un grado óptimo de humedad, es muy bajo baj o el contenido de polvo, resulta muy fácil empujar y el operador no se fatiga. El efecto de congelamiento depende del grado de humedad. Se intensifica la ligazón entre las partículas par tículas en función del mayor contenido de humedad y del descenso de temperatura. El enfriamiento de una materia mater ia completamente completamente seca no altera sus características. car acterísticas.
MÉTODO PARA CALCULAR LA PRODUCCIÓN La productividad de las máquinas de construcción se mide en metros cúbicos por hora (m 3/hora), o yardas cúbicas por hora. Su cálculo está basado en el volumen que es capaz de producir la máquina en cada ciclo de trabajo, lo cual depende principalmente de sus dimensiones, y en el número de ciclos que es capaz de ejecutar por hora. - 11 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Q
q N q
60
T
donde: Q = Producción por hora (m3/hora) q = Producción por ciclo (m3/ciclo) N = Número de ciclos por Hora = 60/T T = Tiempo de duración de un ciclo en minutos Para calcular la producción por hora de un tractor excavando y/o empujando tierra, inicialmente se debe obtener los siguientes datos:
Duración del ciclo (T) Es el tiempo necesario para que una hoja topadora complete un ciclo de trabajo, excavación, empuje, retroceso y cambios y se calcula con la siguiente fórmula: T
Donde:
D A
( D d ) R
Z
D = Distancia de acarreo (m ) A = Velocidad de avance (m/min ) R = Velocidad de retroceso (m/min ) d = Distancia de corte (m) Z = Tiempo que dura la la operación de corte
Tiempo de corte (Z) Este valor representa el tiempo de duración de la operación de corte o excavación; para evaluar este tiempo se considera, en condiciones promedio, una distancia que varia de 10 a 15 metros y una velocidad igual al 50% de la velocidad de avance del tractor. Z
d
A 2
2d
A
donde: A = Velocidad de avance (m/min) d = Distancia de corte (m) Para determinar las velocidades de avance y retroceso se pueden utilizar los valores que proporciona el fabricante, previa corrección de acuerdo a las características particulares de cada obra, o en su defecto, para condiciones promedio se pueden asumir los valores siguientes:
- 12 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Datos teóricos Km/hra A=2a4 R=4a6
Producción por ciclo Es un valor teórico que puede ser obtenido de los manuales del fabricante, o de acuerdo a las dimensiones de las hojas topadoras que utiliza el tractor. La productividad de las máquinas de construcción se mide en metros cúbicos por hora (m 3/hora), o yardas cúbicas por hora. Su cálculo está basado en el volumen que es capaz de producir la máquina en cada ciclo de trabajo, lo cual depende principalmente de sus dimensiones, y en el número de ciclos que es capaz de ejecutar por hora. Tan
x
a
0.90a
a x
0.90 a t an
q
x
0.90
a x 0.90 L 2
α = varia según el tipo de hoja topadora, par a el curso siguiente tomamos 40º
entonces:
q 0.48 a 2 L donde:
a = alto de la hoja topadora L = ancho de la hoja topadora
Producción teórica
QT
QT
0.48 a
2
q
L
60
T
60
T
Factores que Influyen en la producción de los tractores
Factor de la hoja - 13 -
29 a
2
L T
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Representa las condiciones en que se encuentra el suelo excavado y la dificultad que ofrece para ser empujado. De acuerdo a las condiciones en que se realiza el empuje del material puede tener los valores de la Tabla 5: Tabla 5. Factores de hoja
FACTOR DE HOJA (Fh)
CONDICIONES DE EMPUJE EMPUJE FACIL FACIL con cuchilla llena, para tierra suelta, bajo contenido de agua, terrenos arenosos, tierra común, materiales amontonados EMPUJE PROMEDIO PROMEDIO tierra suelta pero imposible de empujar con cuchilla llena, suelo con grava, arena y roca triturada EMPUJE DE DIFICULTAD MODERADA contenido alto de agua, arcilla pegajosa con cascajo, arcilla seca y dura, suelo natural EMPUJE DIFICIL roca dinamitada o fragmentos grandes de rocas *Fuente: Manual de espacificaciones y aplicaciones KOMATSU
0.90-1,10 0,70- 0,90 0,60-0,70 0,40-0,60
Factor de pendiente
Representa el mayor esfuerzo que debe realizar la máquina para trabajar en sentido contrario a la pendiente, o el menor esfuerzo si lo hace en el sentido de la pendiente. En condiciones promedio se le asignan los valores siguientes. PENDIE NTE FACTOR DEL (p) TERREN O (%) 15 1.20 ) p( R O
10
1.14
C
5
1.07
0 -5 -10 -15
1.00 0.93 0.86 0.77
T A F
PENDIENTE %
Factor del tipo de material
Representa los diferentes niveles de dificultad que ofrecen los materiales para ser extraídos de su lecho natural.
- 14 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Tabla 6. Factor del tipo de material MATERIAL FACTOR "m" Suelto y amontonado, tierra. No compacta, arena, grava, suelo suave 1,00 Tierra compacta, arcilla seca, suelos con menos del 25 % de roca 0,90 Suelos duros con un contenido de roca de hasta 50 % 0,80 Roca escarificada o dinamitada, suelos con hasta 75 % de roca 0,70 Rocas areniscas y caliche 0,60 *Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
Factor de eficiencia del trabajo
Resulta de la evaluación combinada de los factores correspondientes al aprovechamiento del tiempo y a la habilidad de] operador. Tabla 7. Factor Factor de eficiencia eficiencia de trabajo trabajo
CONDICIONES DE TRABAJO Excelentes Buenas Regulares Deficientes
“t”
“o”
“E”
60/60 50/60 45/60 40/60
1.0 0.9 0.8 0,7
1.0 0.75 0.60 0.47
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
Factor de altura
La disminución de productividad que ocasiona la pérdida de un porcentaje de potencia del motor, debido a la altura sobre el nivel del mar, se evalúa incrementando la duración del ciclo en el mismo porcentaje de la disminución de potencia. h = ( altura altura sobre el nivel del mar - 1000 metros metros ) / 10000
PRODUCCION REAL DE LOS TRACTORES "Q" Para encontrar la producción real se debe multiplicar la producción teórica por los factores que influyen en la producción, además de corregir la duración del ciclo, de acuerdo a la altura del nivel del mar en la que se encuentra la obra:
Q 29
a 2 L T corregido
p f h
T corregido 1 h
- 15 -
m E
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
PRODUCTIVIDAD DE LOS TRACTORES DE ORUGAS EN LIMPIEZA Y DESBROCE De acuerdo a su experiencia en diferentes trabajos de limpieza de capa vegetal y desbroce de arbustos y árboles, el Servicio Nacional de Caminos, en condiciones promedio, adopta las producciones horarias que se detallan a continuación, multiplicadas multiplicadas la potencia del motor en HP. Tabla 8. Producciones horarias Para monte alto
0.00020 Ha/Hora/HP
Para monte medio
0.00035 Ha/Hora/HP
Para monte ralo
0.00045 Ha/Hora/HP
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
2.1.2 TRAILLAS Y MOTOTRAILLAS MOTOTRAILLAS 2.1.2.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
TRAILLAS Las traíllas o escrepas son máquinas de uso común en movimiento de tierras en grandes volúmenes, especialmente en suelos finos o granulares de partículas pequeñas con poco o ningún contenido de roca. Son máquinas transportadoras que tienen capacidad para excavar, auto cargarse, transportar, descargar y desparramar - 16 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
los materiales en capas uniformes. Las traillas pueden ser del tipo arrastrado por un tractor o autopropulsados (mototraillas). Son cajas montadas sobre ruedas neumáticas de tamaño considerable y baja presión, dotadas de una cuchilla frontal que efectúa la excavación del terreno introduciendo el material dentro la caja, a través de una abertura situada sobre la cuchilla y controlada por una compuerta móvil. Las traíllas pueden ser remolcadas o autopropulsadas, en cuyo caso se denominan mototraíllas. Cuando trabajan en suelos duros requieren la ayuda de un tractor, para que las empuje apoyando su cuchilla en un aditamento situado en la parte trasera de la máquina. Las traíllas remolcadas con tractor de orugas son eficientes para distancias de transporte entre 90 y 300 metros, en cambio para distancias de 300 a 2000 metros son más eficaces las traíllas remolcadas con tractores de neumáticos o las mototraíllas, debido a su mayor velocidad. Como referencia los tractores de orugas tienen mayor eficiencia que las traíllas en distancias menores a 90 metros, y los cargadores frontales trabajando con volquetas, en distancias superiores a 300 metros, dan igual o mayor rendimiento que la traíllas remolcadas por tractores, de la misma forma en distancias superiores a 1000 metros tienen mejor rendimiento que las mototraíllas. Las traíllas remolcadas por tractores de orugas son controladas mediante cables desde la cabina del tractor, o mediante un sistema hidráulico. Su uso está especialmente indicado en distancias cortas sobre terrenos adversos que exigen una mayor fuerza de tracción. En general las traíllas pueden autocargarse utilizando únicamente la potencia del tractor, aunque en algunos casos la dureza de los materiales obligará al uso de un segundo tractor empujador, para aumentar la eficiencia de excavación y del cargado.
MOTOTRAILLAS Son remolques excavadores montados sobre dos ruedas neumáticas y jaladas por un tractor de un solo eje y dos ruedas, que prácticamente prácticamente se integran para formar una una sola unidad. Su capacidad de carga carga pude ser de 10 a 3 40 m . Los movimientos de la mototraílla son accionados por pistones hidráulicos que permiten la subida y bajada de la trailla y el giro del remolcador. r emolcador. Su uso se recomienda principalmente para transporte de materiales a largas distancias sobre caminos de acceso bien conservados. Tienen la desventaja de tener una fuerza tractiva menor a la de las traíllas remolcadas por tractor de orugas, por esta razón requieren frecuentemente la ayuda de un tractor empujador para su cargado. Sin embargo existen modelos auto cargables que bajo condiciones favorables realizan todo el trabajo sin ayuda de otra máquina, por ejemplo los modelos dotados de fuerza motriz en su eje trasero, a través de un segundo motor instalado en la parte trasera del equipo, denominados por este motivo TWIN MOTOR-SCRAPER (motores gemelos). Las mototraíllas pueden desarrollar velocidades de hasta 40 km/hra sobre caminos en buenas condiciones de rodadura, situación que difícilmente se encuentra en una obra en construcción, lo que impedirá alcanzar esta velocidad máxima. Las mototraíllas, están dotadas de los siguientes elementos:
Controles de la trailla.tr ailla.- Está compuesto por un sistema hidráulico de doble acción, que permite accionar la compuerta, la caja y el expulsor. - 17 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Caja de la trailla.- Esta caja es baja y ancha para facilitar su llenado, está provista de una cuchilla perpendicular a su eje longitudinal, que penetra en el suelo para efectuar la excavación.
Compuerta.- De giro concéntrico, permanece abierta cuando la máquina realiza la excavación y se cierra cuando la caja se ha llenado con el material excavado.
PROCESO DE CARGADO Al iniciar la operación de excavación, con la máquina en movimiento hacia delante, se baja la cuchilla de la traílla para que penetre en el terreno de 10 1 0 a 30 centímetros, de acuerdo al tipo de suelo, al mismo tiempo tiempo se levanta la compuerta dejando una abertura de 20 a 30 centímetros para facilitar el ingreso del material excavado. Esta operación se prolonga hasta conseguir el llenado total de la caja. En terrenos duros y compactos será necesario realizar el escarificado o roturado previo del suelo utilizando un tractor de orugas, para facilitar el trabajo de las traíllas.
CONDICIONES DE TRABAJO Para obtener un mayor rendimiento con un menor desgaste de la máquina, las mototraíllas deben trabajar preferentemente:
a) En la excavación de capas vegetales, de arcilla gredosa seca, de arcilla con poco contenido de humedad, de greda arenosa y de materiales granulares de grano fino. b) La excavación y cargado deben efectuar sobre terreno plano o con pendiente descendente c) Deben disponer de una distancia de cargado de por lo menos 50 metros, sin obstáculos, para las maniobras de la máquina. d) La superficie de excavación debe ser uniforme libre de huecos o huellas profundas. e) Deben ser apoyadas por un tractor empujador, cuando sea necesario, de acuerdo al tipo de material y las características de la mototraílla. 2.1.2.2 PRODUCTIVIDAD DE LAS MOTOTRAILLAS MOTOTRAILL AS La productividad de las mototraillas depende de las dimensiones de su caja, de la potencia del motor, de la dureza y humedad del suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe trasladar el material excavado, de las condiciones en que se encuentra el camino, de la habilidad del operador, operad or, etc.
Q q donde:
60
T
q = Capacidad colmada nominal de la mototraílla en m3 T = Duración del ciclo en minutos
DURACION DEL CICLO "T" La duración del ciclo comprende los tiempos parciales siguientes: - 18 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
t1 = Tiempo de carga (depende de la capacidad de la traílla y del tipo de material) ta = Tiempo de acarreo
t A
D
V C
Dis tan cia cia
Velocidad con c arg a
te = Tiempo de esparcido y giro (Tiempo que demora la traílla en descargar el material, esparcirlo y efectuar las maniobras de viraje para retomar) tr = Tiempo de retomo
t R
Dis tan cia cia
D
V R
Velocidad
sin
c arg a
tv = Tiempo de virajes (representa el tiempo de las maniobras para colocarse en posición de iniciar un nuevo ciclo) T
t 1
t a
t e
t r
t v
t 1
t e
t v
D V C
D
V R
Tabla 9: Tiempo de carga, de esparcido, de giro y tiempo t iempo fijo Condiciones de Tiempo de Tiempo de Tiempo de tF = t1 + te + tv trabajo carga t1 esparcido te virajes tv Excelente 0.90 0.60 0.50 2.00 Promedio 1.10 0.80 0.70 2.60 Desfavorable 1.60 1.40 1.00 4.00 *Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LAS MOTOTRAILLAS
Para obtener la producción real de las mototraíllas, se debe corregir el valor teórico multiplicando por los factores de pendiente, resistencia a la rodadura, de material, de eficiencia del trabajo y por el factor de carga útil, además de corregir la duración del ciclo de acuerdo a la elevación sobre el mar. Los factores de material, de pendiente y de eficiencia del trabajo tienen la misma valoración que para los tractores de orugas.
Factor de carga útil (Kc) Representa la perdida de material durante las operaciones de carga y transporte, es un equivalente del factor de acarreo de los cargadores frontales. Tabla 10: Factores de carga de materiales TIPO DE MATERIAL
Kc
Arcilla
0.7
Arcilla Arenosa
0.8 - 19 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Arena
0.9
Arcilla o arena densa mezclada con canto rodado
0.65
Tierra Magra
0.800
*Fuente “Manual del Ingeniero Civil” Frederick S. Merritt
RESISTENCIA A LA RODADURA Este factor evalúa la resistencia que ofrece el camino al movimiento de las ruedas. Si no se dispone de mayor información se pueden utilizar los valores siguientes
CONDICIONES DEL CAMINO Plano y firme Mal conservado pero firme De arena y grava suelta Blando y sin conservación
0.98 0.95 0.90 0.85
PRODUCCION REAL DE LAS MOTOTRAILLAS Q
donde:
2.1.3
FACTOR
60 q k c p r m E Tcorregida
Q = Productividad real q = Producción por ciclo TCORREGIDA = T * ( 1 + h ) h = Incremento del ciclo por altura T = Duración del ciclo Kc = Factor de carga útil m = Factor de material p = Factor de pendiente r = Resistencia a la rodadura E = Factor de eficiencia eficiencia de trabajo trabajo
EXCAVADORAS HIDRAULICAS (RETROEXCAVADORAS) (RETROEXCAVADORAS )
2.1.3.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO 2.1.3.1.1RETROEXCAVADORAS Son máquinas que se fabrican para ejecutar excavaciones en diferentes tipos de suelos, siempre que éstos no tengan un contenido elevado de rocas, se utilizan para excavación contra frentes de ataque, para el movimiento de tierras, la apertura de zanjas, la excavación para fundaciones de estructuras, demoliciones, excavaciones de bancos de agregados, en el montaje de tuberías de alcantarillas, etc.
- 20 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Es una máquina dotada de una tornamesa que le permite girar horizontalmente hasta un ángulo de 360', realiza la excavación haciendo girar el cucharón hacia atrás y hacia arriba en un plano vertical, y en cada operación la pluma sube y baja. Para obtener un mayor rendimient r endimientoo las alturas de corte deben ser superiores sup eriores a 1,50 metros. La altura de excavación depende de la capacidad del cucharón y la longitud de la pluma. Están equipadas con diferentes tipos de cucharones de acuerdo al trabajo que van a realizar. Como regla general se utilizan cucharones anchos en suelos fáciles de excavar y angostos para terrenos más duros. Los de menor radio de giro tienen más fuerza de levante que los de radio largo. Al elegir un cucharón para suelos duros es aconsejable adquirir el más angosto entre los de menor radio de giro. En algunos casos la capacidad de levantamiento de la excavadora es tan importante que será el factor decisivo en la elección de la máquina para un determinado trabajo. La L a capacidad de levantamiento depende del peso de la máquina, de la ubicación de su centro de gravedad, de la posición del punto de levantamiento y de su capacidad hidráulica. En cada posición del pasador del cucharón, la capacidad de levante está limitada por la carga límite de equilibrio estático o por la fuerza hidráulica.
- 21 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Las excavadoras pueden estar montadas sobre orugas o sobre neumáticos, siendo las de mayor rendimiento las de orugas por sus mejores condiciones de equilibrio y su mejor agarre al suelo. Algunas de las características de cada tipo son:
Cadenas -
Flotación Tracción Maniobrabilidad Para terrenos muy difíciles Cambio de ubicación de la máquina es más rápido
Estas dimensiones varian según al tamaño de la maquina.
CARACTERISTICAS
DIMENSIONES (mm.)
A= Altura de la cabina B =Ancho para el transporte sin el retrovisor C= Ancho de cadena con zapatas estándar D= Espacio libre sobre el suelo, suelo , bastidor E= Espacio libre sobre el suelo, contrapeso F= Radio de giro de la cola G= Longitud total de la cadena H= Longitud total para el transporte J= Altura para el transporte K= Longitud de cadena en contacto con el suelo L= Entrevia. *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
- 22 -
2190 - 3650 980 - 3470 980 - 3480 220 - 890 460 - 1600 1070 - 4200 1390 - 6360 3690 - 13140 2630 - 4890 1020 - 5120 1750 - 2750
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Ruedas -
Movilidad y velocidad No dañan el pavimento Mejor estabilidad con Nivelación de la máquina con estabilizadores Capacidad de trabajo con la hoja
Estas dimensiones varian según al tamaño de la maquina.
DIMENSIONES (mm.) A= Altura de la cabina 3070 - 3145 B =Ancho para el transporte sin el retrovisor 2500 - 2650 C= Ancho de los neumáticos 2500 - 2750 D= Espacio libre sobre el suelo, suelo , bastidor 360 - 375 E= Longitud total 4900 - 5175 F= Longitud total para el transporte 8620 - 9660 G= Altura para el transporte 3070 - 3145 H= Altura de la estructura 1262 - 1310 K= Radio de giro de la cola 1990 - 2700 L= Longitud entre ejes. 2500 - 2750 M= Ancho total. 3835 - 3900 *Fuente: Manual de rendimiento r endimiento CATERPILLAR CARACTERISTICAS
CARGA LIMITE DE EQUILIBRIO ESTATICO Según la S.A.E. se define como el peso de la carga del cucharón aplicado en el centro de gravedad de la máquina que produce una situación de desequilibrio a un radio determinado. El radio de carga es la distancia horizontal medida desde el eje de rotación de la superestructura (antes de cargar) hasta la línea vertical del centro de carga. La altura nominal corresponde a la distancia vertical medida desde el gancho del cucharón hasta el suelo (dimensión B).
- 23 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
A = Radio desde el centro centro de giro. B = Altura del gancho del cucharón.
CARGA DE ELEVACION NOMINAL Esta carga se obtiene considerando una altura nominal y un radio de carga definidos para la posición más desfavorable. Las condiciones para que un determinado accesorio de la máquina levante una carga que cuelga del cucharón designado son las siguientes:
La carga nominal no pasa del 75% de la carga límite de equilibrio estático.
La carga nominal no debe exceder el 87% de la capacidad hidráulica de la excavadora.
La carga nominal tampoco debe superar la capacidad estructural de la máquina.
Para obtener el mayor provecho de estas máquinas se deben seleccionar cucharones adecuados a las condiciones de los suelos en los que van a ser utilizados. Los dos factores que deben considerarse son el ancho del cucharón y el radio de giro medido hasta la punta. punta . Las excavadoras pueden en muchos casos, de acuerdo a las condiciones geológicas del terreno y las características de la obra, reemplazar a los tractores con hoja topadora en las tareas de excavación, especialmente si además de excavar hay que transportar los materiales extraídos, por la ventaja que tienen de efectuar simultáneamente la operación de carga, con el consiguiente ahorro del equipo requerido para esta operación. Para un mejor aprovechamiento de la excavadora el número de volquetas debe estar definido de acuerdo a la distancia de transporte, evitando tiempos de espera para la excavadora, además el volumen de éstas debe ser un múltiplo de la capacidad del cucharón. Se fabrican excavadoras con con motores cuya potencia potencia varía de 50 a 800 HP, dotados de cucharones con 3 volúmenes de 0.1 a 11 m Las pequeñas retroexcavadoras acopladas a la parte trasera de los cargadores frontales son accionadas aprovechando la potencia de su motor, tienen un alcance reducido, pero una mayor precisión, son muy útiles para la excavación de zanjas para instalaciones hidráulicas, sanitarias o eléctricas, para la excavación de cimientos, sótanos, etc.
- 24 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Estas dimensiones varian según al tamaño de la maquina.
CARACTERÍSTICAS A= Profundidad máx. de excavación B =Fondo plano C= Altura total de operación totalmente levantada. D= Altura de carga. E=Alcance máximo F= Alcance de carga G= Altura de descarga H= Altura del pasador del cucharón. J= Altura max.de operación. K= Profundidad de excavación. L= Alcance de altura máxima. M= Inclinación máxima hacia atrás. *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
2.1.3.1.2 EXCAVADORAS CON CUCHARON BIVALVA (ALMEJA)
- 25 -
DIMENSIONES (mm.) 4153 - 5219 4120 - 5173 5564 - 6335 3803 - 4310 6903 - 7866 1638 - 2027 2495 - 2699 3270 - 3490 4150 - 4410 40 - 162 780 -868 380 - 553
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El modelo de cucharón bivalva amplía el campo de acción de las excavadoras, porque permite la ejecución de trabajos que no sean posibles realizar con un cucharón normal, tales como excavaciones verticales profundas, movimiento de tierras alrededor de entibaciones, demoliciones en lugares de difícil acceso, dragado para la obtención de agregados, etc.
2.1.3.1.3 PRODUCTIVIDAD DE LAS EXCAVADORAS La productividad de las excavadoras depende de las dimensiones de su cucharón, de la longitud de su pluma, de la profundidad de excavación, de la potencia del motor, del tipo de suelo (dureza, granulometría, forma de partículas, contenido contenido de humedad), de la habilidad del operador, etc.
QT donde:
q
60
T
QT = Producción Teórica de la excavadora q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón) T = Duración del ciclo
PRODUCCION POR CICLO (q) Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene del manual del fabricante, o directamente de las dimensiones del cucharón. Para aumentar al máximo la producción por ciclo de una excavadora se puede aplicar:
Altura del banco y distancia al camión ideales Cuando el material es estable, la altura del banco debe ser aproximadamente igual a la longitud del brazo. Si el material es inestable, la altura del banco debe ser menor. La posición ideal del camión es con la pared cercana de la caja del camión situada debajo del pasador de articulación de la pluma con el brazo.
Zona de trabajo y ángulo de giro óptimos Para obtener la máxima producción, la zona de trabajo debe estar limitada a 15° a cada lado del centro de la máquina o aproximadamente igual al ancho del tren de rodaje. Los camiones deben colocarse tan cerca como sea posible de la linea central de la máquina. na. La ilustración ilustración muestra muestra dos alternativas posibles.
Distancia ideal del borde La máquina debe colocarse de forma que el brazo esté vertical cuando el cucharón alcanza su carga máxima. Si la máquina se encuentra a una distancia mayor, se reduce la fuerza de desprendimiento. Si se encuentra más cerca del borde, se perderá tiempo al sacar el brazo. El operador debe comenzar a levantar la pluma cuando el cucharón haya - 26 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
recorrido el 75% de su arco de plegado. En ese momento el brazo estará muy cerca de la vertical. Este ejemplo representa una situación ideal. En una obra determinada no es posible seguir todos los puntos considerados, pero si se siguen estos conceptos el efecto sobre la producción será muy positivo.
DURACION DEL CICLO (T) Depende de la dureza del suelo, de la profundidad de excavación, del tamaño del cucharón, del ángulo de giro y de la ubicación del equipo de transporte. El ciclo de excavación de la excavadora consta de cuatro partes: 1. Carga del cucharón 2. Giro con carga 3. Descarga del cucharón 4. Giro sin carga En condiciones de trabajo normales tendrá los siguientes valores: Tabla 11. Duración del ciclo ANGULO DE GIRO Y TAMAÑO DEL CUCHARON EN m 3
CONDICIONES DE TRABAJO
Angulo de 45 a 90`
Angulo de 90 a 1 SO"
< 0,5 m3 0,5 a 1 m3 1 a 2 m3 2 a 3 m3 < 0,5 0,5 m3 0,5 a 1 m3 1 a 2 m3 2 a 3 m3 Fácil
0,27
0,33
0,38
0,44
0,36
0,40
0,44
0,55
Promedio
0,35
0,43
0,49
0,57
0,47
0,52
0,57
0,72
Difícil 0,40 0,50 0,57 *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
0,66
0.54
0,60
0,66
0.83
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODU0CCION DE LAS EXCAVADORAS Para obtener la producción real de las excavadoras se deberá corregir la producción teórica aplicando los factores de material, de eficiencia del trabajo y de cucharón o acarreo. Los dos primeros tienen los mismos valores que los considerados para los tractores:
FACTOR DE CUCHARON O DE ACARREO Representa la disminución del volumen del material acumulado en el cucharón, debido a la pérdida por derrame en la operación de levante y descarga, varia de acuerdo a la forma y tamaño de las partículas y de las condiciones de humedad. Se utilizan los mismos valores que los recomendados para los cargadores frontales. De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de las excavadoras será:
Q
q 60 m k E Tcorregido
donde: Q = Productividad real q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón) - 27 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TCORREGIDA = T * ( 1 + h ) h = Incremento del ciclo ciclo por altura T = Duración del ciclo k = Factor de cucharón m = Factor de material E = Factor de eficiencia eficiencia de trabajo trabajo
2.2.
EQUIPO DE CARGA E IZAJE
2.2.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
EQUIPO DE IZAJE
Como equipo de izaje podemos señalar a las grúas, constan de una pluma de longitud mayor que de una pala, un gancho y cables de mando en caso necesario, las grúas pueden estar montados sobre plataformas en camiones o también sobre orugas, su capacidad varía de un modelo a otro y se mide por el peso que levanta. En este grupo de equipo para izaje también podemos indicar las cucharas de almeja, las dragaminas y las palas retroexcavadoras, que se pueden modificar a un equipo para hincado de pilotes, es decir, aditamentando un dispositivo llamado martinete. Las cucharas de almeja cuentan con un sistema similar al de una grúa, con la diferencia de que cuenta con una cuchara accionada por cables de seguridad. Las dragaminas, tienen los mismos elementos que los anteriores. El cucharón de arrastre, el equipo equ ipo de palas retroexcavadoras tienen un brazo que permiten excavar zanjas a profundidades inferiores del nivel del suelo.
- 28 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El martinete, que se utiliza para el hincado de pilotes se adapta al equipo de grúas contando para ello con dispositivos especiales.
EQUIPO DE CARGA
Son máquinas compuestas por un chasis de tractor, que en su parte delantera lleva una pala cargadora formada por un cucharón sujetado por dos brazos laterales, los cuales son accionados por dos pistones de elevación de doble efecto, alimentados por una bomba hidráulica de alta presión. pr esión. Disponen de un control automático del cucharón, mediante el cual se puede detener el ascenso e iniciar la descarga a la altura prefijada, de acuerdo a la altura que tiene el equipo de transporte. El cucharón está provisto de dientes empernados o cuchillas, que facilitan la penetración en el suelo o en los materiales previamente excavados. Pueden ser equipados opcionalmente por diferentes tipos de cucharones, lo cual les permite una mayor versatilidad, el estándar o de uso múltiple puede ser cambiado por cucharones más reforzados provistos de dientes en su borde de ataque, o con el e l borde en forma de “V”, se pueden utilizar además cucharones de descarga lateral
Las palas cargadoras pueden ser de dos tipos:
Cargadores sobre neumáticos Cargadores sobre orugas
CARGADORES SOBRE NEUMÁTICOS Se denominan cargadores frontales, tienen tracción en las cuatro ruedas con dos ejes motores y dos diferenciales, que les permiten mejores condiciones de operación y un mejor aprovechamiento de la potencia del motor. Tienen dirección articulada que les facilita los virajes en espacios reducidos, gracias a su menor radio de giro. El motor está montado sobre el eje trasero, para par a equilibrar el peso del cucharón cargado y para aumentar la adherencia de las ruedas motrices. El campo de aplicación de los cargadores frontales incluye el cargado de materiales sobre vehículos de transporte, el traslado de materiales de un lugar a otro. Por ejemplo en las plantas de trituración de asfalto y de hormigón, siempre que las distancias sean cortas y la superficie del terreno uniforme y libre de protuberancias y huecos, en el rellenado de zanjas y el revestimiento de taludes. Pueden realizar también - 29 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
trabajos de excavación en terrenos poco densos y sin contenido de rocas, especialmente en espacios reducidos, como ser fundaciones de edificios, puentes, etc. Su mayor rendimiento se obtiene en el cargado de materiales previamente acopiados, para lo cual el equipo de transporte debe ubicarse a la menor distancia posible del cargador frontal (5 metros) y de tal forma que su ángulo áng ulo o de giro no sea mayor a 90 . Estas dimensiones varian según al tipo de modelo y capacidad de cucharon de 0.6 m 3 a 18 m 3
CARACTERISTICAS
DIMENSIONES
A= Altura hasta el tubo de escape B =Altura hasta el capó del motor C= Altura hasta el techo D= Altura al pasador del cucharón en posición de acarreo E= Altura de descarga a 45º a levantamiento máximo F= Altura al pasador del cucharón en levantamiento máximo G= Altura total máxima H= Profundidad máxima de excavación J= Distancia de centro de maquina al eje K= Distancia entre ejes L= Radio de las ruedas M= Longitud total N= Alcance a levantamiento máximo O= Plegado máx. del cucharón al levantamiento máximo P= Plegado máx. del cucharón a la altura de acarreo Q= Plegado máx. del cucharón en el suelo *Fuente: Manual de rendimiento r endimiento CATERPILLAR - 30 -
2,69 m - 6,48 m 1,78 m - 4,84 m 2,65 m - 6,71 m 330 mm - 1258 mm 2,31 m - 5,92 m 3,02 m - 8,5 m 3,97 m - 11,36 m 68 mm - 82 mm 1.0 m - 3,2 m 2,0 m - 6,4 m 440 mm - 2,0 m 5,2 m - 17.34 m 764 mm - 2,98 m 63º - 64º 50º - 58º 44º - 40º
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
CARGADORES SOBRE ORUGAS Llamados también palas mecánicas, se utilizan principalmente en trabajos de cantera y en terrenos inestables, en nivelaciones y movimiento de tierras de gran volumen, ya que su tren de rodaje especialmente diseñado para trabajos pesados y difíciles les permite una mayor adherencia al terreno y una mayor estabilidad.
Estas dimensiones varian según al tipo de modelo.
CARACTERISTICAS
DIMENSIONES
A= Altura hasta el respaldo del asiento
2 m – 2.681m
B = Altura hasta el tubo escape
2.441 m – 3.357 m
C= Altura hasta el techo D= Altura hasta el pasador de articulación en posición de acarreo E= Plegado a levantamiento máximo
2.73 m – 3.423 m 0.402m – 0.492 m 56º - 67.7º
F= Plegado a la altura de acarreo
48º - 51.2º
G= Plegado en el suelo
41º - 42.8º Angulo para nivelación (solo con cuchilla)
68º - 74º
Ancho sin cucharón (cadena estable)
1.8 m – 2.58 m.
Ancho sin cucharón (cadena optima) *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLA
2.01 m – 2.76 m
- 31 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TIPOS DE ZAPATAS PARA PALAS SOBRE ORUGAS
Zapatas de dos garras
Zapatas con agujero central Trapezoidal
Zapatas cortadoras
Zapatas de una garra
ESPECIFICACIONES SAE (SOCIEDAD DE INGENIEROS DE AUTOMOTORES)
CARGA LÍMITE DE EQUILIBRIO ESTATICO Es el peso de la carga en el centro de gravedad del cucharón que hace oscilar el extremo trasero de la máquina, de tal manera que en los cargadores sobre orugas los rodillos delanteros se levantan sobre las cadenas, y en los de ruedas las de atrás empiezan a desprenderse del suelo. El cargador debe estar estacionado sobre una superficie dura y plana
CARGA DE OPERACIÓN La carga de operación de los cargadores de ruedas no debe ser mayor al 50 % de la carga límite de equilibrio estático, considerando la máquina equipada con co n los accesorios necesarios para el trabajo. En los cargadores sobre orugas (palas mecánicas) no debe ser mayor al 35 % de la citada carga límite.
CAPACIDAD DE LOS CARGADORES COLMADO
A RAS
Generalmente se define por el volumen geométrico del cucharón expresado en m3 ó yardas cúbicas, medidas a ras o colmadas, Sin embargo este volumen debe ser corregido por el factor de acarreo, que es un coeficiente que valora el material que se derrama en la operación de levante y carga. Capacidad a ras es el volumen contenido contenido en el cucharon despues de nivelar la carga pasando un rasero que se apoye sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharon. - 32 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Capacidad colmada es la capacidad a ras más la cantidad adicional que se acumule sobre la carga a ras a un ángulo de reposo de 2:1 con el nivel a ras paralelo al suelo.
2.2.2
PRODUCTIVIDAD DE CARGADORES FRONTALES Y DE PALAS MECANICAS
La productividad de los cargadores frontales depende depend e del volumen del cucharón y de d e la duración de su ciclo de trabajo. Este resultado será un valor teórico de su producción horaria "Q T".
QT donde:
q
60
T
q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón) T = Duración del ciclo
PRODUCCION POR CICLO (q) Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene de los manuales de los fabricantes o directamente de las dimensiones del cucharón.
DURACION DEL CICLO (T) Es conveniente cronometrar este valor en la obra, en las condiciones reales de trabajo, en las tablas que siguen se proporcionan las duraciones de los ciclos para condiciones promedio, considerando la forma de cargado, las condiciones de operación y una distancia de recorrido del acopio al equipo de transporte de cinco a siete metros. Si el recorrido es mayor se deberá incrementar la duración del ciclo en forma proporcional a la distancia que recorre la máquina.
CARGADO EN V
CARGADO EN CRUZ
- 33 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Tabla 12. Duración del ciclo para cargadores frontales en minutos
FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON
CONDICIONES DE CARGA
CARGADO EN CRUZ 3.1 a. 5 <3 M3 >5 M3 M3
CARGADO EN "V”
<3 M3
3.1 a. 5 M3
>5 M3
FACIL
0,5
0,6
0,7
0,45
0,55
0,65
PROMEDIO
0,6
0,7
0,75
0,55
0,65
0,7
MOD. DIFICIL
0,75
0,75
0,8
0,7
0,7
0,75
DIFICIL
0,8
0,8
0,85
0,75
0,8
0,8
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
Tabla 13. Duración del ciclo promedio para palas mecánicas en minutos
CONDICIONES DE CARGA
FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON CARGADO EN CRUZ <3 M3 3.1 a. 5 M3
CARGADO EN "V”
<3 M3
3.1 a. 5 M3
FACIL
0,6
0,65
0,6
0,65
PROMEDIO
0,65
0,75
0,65
0,75
MOD. DIFICIL
0,8
0,85
0,8
0,85
DIFICIL
0,85
0,9
0,85
0,9
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
2.2.3
PRODUCCION DE LOS CARGADORES FRONTALES EN CARGA Y ACARREO
Los cargadores frontales también pueden efectuar trabajos de carga y transporte en distancias relativamente cortas, no mayores a 300 metros y sobre plataformas con capas de rodadura compactada y uniforme. Frecuentemente se utilizan los cargadores para este tipo de trabajo en las plantas de trituración, en las plantas de asfalto, en las plantas de hormigón, etc. En este caso en su ciclo de trabajo se tendrá que incluir los tiempos que corresponden al recorrido de ida y de retorno, además de un tiempo fijo para el llenado l lenado y descarga de] cucharón, y los virajes.
Q q donde:
60
T
T
D = Distancia de acarreo en metros metros Z = Tiempo fijo VC = Velocidad con carga en m/min. m/min. VR = Velocidad de retorno en m/min. - 34 -
D
V C
D
V R
Z
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Tabla 14. Velocidades de acarreo en condiciones promedio
Condiciones de operación
Velocidad con carga (Km/hra)
Velocidad Retorno (Km/hra)
Buenas: acarreo sobre camino lleno bien compactado, con pocas protuberancias
10 a 23
11 a 24
Promedio: camino parejo con pocas protuberancias, trabajo auxiliar de carga reducido, pequeño porcentaje de rocas.
10 a 18
11 a 19
Moderadas: protuberancias en la superficie del camino, mucho trabajo auxiliar.
10 a 15
10 a 16
Deficientes: irregular con grandes protuberancias, trabajo difícil de realizar, re alizar, trabajo auxiliar intenso.
9 a 12
9 a 12
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
TIEMPO FIJO ( Z ) Para hallar el número de cargas por hora de un cargador, hay que determinar el tiempo del ciclo. El tiempo total del ciclo incluye los segmentos siguientes:
Tiempo de cargado “t 1”
Este tiempo depende del tipo de material oscila entre 0.2 a 0.35 0 .35 min. Tiempo de giro “t 2”
Este tiempo tiempo depende del operador, para un operador competente competente el tiempo tiempo de giro es de 0.15 min.
Tiempo de descarga “t3” Depende del tamaño y resistencia del vehiculo o tolva en que se vacía vacía y varia de 0.0 a 0.10 min. Por tanto el tiempo fijo se expresa con la siguiente formula:
Z t1
donde: t1 = tiempo de cargado t2 = tiempo de giro t3 = tiempo de descarga
0.20 a 0.35 min. 0.15 min. 0.10 min.
TIEMPO FIJO ( Z ) = 0.45 a
0.60 min. - 35 -
t2 t3
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCCION DE LOS CARGADORES FRONTALES Y DE LAS PALAS MECANICAS Para obtener la producción real de los cargadores frontales y las palas mecánicas se deberá corregir la producción teórica aplicando los factores de pendiente, de eficiencia del trabajo y de cucharón o acarreo. Los dos primeros tienen los mismos valores que los considerados para los equipos anteriormente descritos. Cuando estas máquinas realizan trabajos de carga y transporte se deberá considerar, además, el factor de resistencia a la rodadura.
FACTOR DE CUCHARON O DE ACARREO Representa la disminución del volumen del material acumulado en el cucharón, debido a la pérdida por derrame en la operación de levante y descarga, varia de acuerdo a la forma y tamaño de las partículas y de las condiciones de humedad, de acuerdo a las condiciones de operación
Tabla 15. Factor "k" de acuerdo a las condiciones de trabajo Condiciones de Operación
Cargado del cucharón fácil: cargado desde un acopio de tierra, tier ra, o desde un montón de roca excavada por otra máquina, el cucharón puede llenarse sin necesidad de utilizar la potencia de excavación. se utiliza para arena, suelo arenoso, suelo arcilloso con buen contenido de agua.
Cargado del cucharón en condiciones promedio: el cargado de tierra suelta desde el acopio es más difícil, pero se puede llenar el cucharón. se utiliza para arena, suelo arenoso, suelo arcilloso, grava a sin cernir, grava compactada y en excavación y cargado de tierra suave.
- 36 -
Factor "k"
1.00 a 1.10
0.85 a 0.95
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Cargado del cucharón moderadamente difícil: difícil cargar cucharón lleno. se utiliza para roca pequeña acopiada por otra máquina, roca molida, arcilla dura, arena mezclada con grava, suelo arenoso, suelo ar arcilloso cilloso seco. Cargado difícil: difícil cargar el cucharón. se utiliza para rocas grandes de forma irregular que forman grandes espacios de aire, roca excavada con explosivos, piedras grandes, arena mezclada con piedras, etc.
0.80 a 0.85
0.75 a 0.80
*Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR Este factor también se puede valorar en función del tamaño de las partículas de suelo. Las siguientes tablas indican las cantidades aproximadas de una materia como porcentaje de la capacidad nominal del cucharón, o sea lo que realmente moverá el cucharón cuchar ón por ciclo.
MATERIAL MATERIAL SUELTO TAMAÑO
Tabla16. Factor de acarreo FACTOR DE ACARREO
Agregados húmedos mezclados
95-100%
Agregados de 3 a 10 mm
90-95%
Agregados uniformes hasta 3 min
95-100%
Agregados de 12 a 20 mm
85- 90%
Agregados mayores a 20 mm *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
80- 85%
ROCA DE VOLADURA
Tabla17. Factor de llenado
TAMAÑO
FACTOR DE LLENADO
Bien fragmentado
80-95%
Fragmentación mediana
75-90%
Mal fragmentado con lajas o bloques
60-75%
*Fuente: Manual de rendimiento r endimiento CATERPILLAR
VARIOS
Tabla18. Factor de llenado
TAMAÑO
FACTOR DE LLENADO
Mezcla de tierra y roca
100-120%
Limo húmedo
100-120% - 37 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Suelo, piedras, raíces
80-100%
Materiales cementados *Fuente: Manual de rendimiento r endimiento CATERPILLAR
85- 100%
De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de los cargadores frontales y de las palas mecánicas se podrá calcular utilizando la siguiente expresión:
Q donde:
2.3 2.3.1
q
60 p k E Tcorregido
Q = Productividad real q = Volumen del cucharón TCORREGIDA = T * ( 1 + h ) h = Incremento del ciclo por altura T = Duración del ciclo k = Factor de cucharón p = Factor de pendiente E = Factor de eficiencia eficiencia de trabajo trabajo
EQUIPO DE TRANSPORTE O ACARREO DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Entre el equipo utilizado para el transporte podemos citar a los camiones, camiones volquetes, vagones, remolques, traíllas, mototraíllas, etc. Estas unidades se utilizan en la construcción, para el transporte del cemento, fierro, agregados, etc. En las construcciones viales, para el acarreo de materiales desde los yacimientos o bancos de préstamo hasta los rellenos o terraplenes, para el transporte de materiales clasificados clasificados con destino a las capas sub base, base y la estabilización de plataformas o caminos de tierra, para el transporte transpor te de mezclas asfálticas, asfálticas, etc.
2.3.1.1 CAMIONES DUMPERS
- 38 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Son camiones de mayor capacidad y potencia que los volquetes, con una carga útil superior a 20 ton. la diferencia con los volquetes es que su chasis, motor y caja basculante se fabrican como una unidad conjunta. Los camiones dumpers tienen dos variantes en cuanto a su uso específico, dumpers para movimiento de tierras y dumpers para roca: Los dumpers para movimiento de tierras están montados siempre sobre tres ejes, son construidos para obras de largo alcance, con la capacidad necesaria para vencer las dificultades de caminos de tierra mal conformados y cargar pesos ente 20 y 36 Ton, para lo cual están provistos de motores con potencias que varían de 180 a 400 HP. Su caja de carga generalmente tiene doble o triple fondo para resistir los impactos de la carga.
Los dumpers para roca están montados sobre dos ejes, están construidas especialmente para el transporte de materiales pesados, como ser rocas de gran tamaño de difícil acomodo. Por sus características impresionantes de tamaño y elevado peso no deben circular por carreteras pavimentadas, su ciclo de trabajo debe ser corto para obtener su mayor rentabilidad. Están equipados con motores diesel de 400 a 2000 HP de potencia, pueden transportar cargas con pesos entre 36 y 250 Ton. Su caja de carga está provista pr ovista de una visera de protección, para evitar daños al techo de la cabina, además de un refuerzo especial para soportar el impacto de los materiales pétreos.
- 39 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
2.3.1.2 CAMIONES VOLQUETES
Conocidos también como volquetas, se utilizan para el transporte de tierra, agregados y otros materiales de construcción. Debido a las altas velocidades que son capaces de desarrollar requieren de caminos adecuados, para aprovechar su gran capacidad de transporte a costos relativamente bajos. Los volquetes son camiones fabricados en serie, con dos o tres ejes provistos de neumáticos, sobre los cuales en vez de carrocería se ha montado una caja o tolva basculante. Pueden transitar por carretera o terreno llano siempre que tenga la resistencia necesaria para soportar su peso, se fabrican con capacidades entre 4 y 30 Ton, con motores a diesel o gasolina de 65 a 250 HP. La caja de carga o tolva es de fabricación robusta, de acero de alta resistencia, dotada de un sistema hidráulico de elevación, formado por uno o dos pistones accionados por la toma de fuerza del motor y un eje de transmisión que está conectado a una bomba hidráulica.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS VOLQUETES DE ACUERDO A SU CAPACIDAD VOLQUETES PEQUEÑOS -
Fáciles de maniobrar, ventajoso para acarreos a corta distancia.
-
Desarrollan velocidades más altas.
-
Es más fácil equilibrar el número de camiones con la capacidad del cargador.
-
Mayor costo de operación por el número mayor de chóferes que se requiere.
-
Mayor costo de adquisición por el mayor número de volquetas necesario, para obtener una determinada capacidad.
-
Mayor costo de mantenimiento, mantenimiento, porque requieren mayor cantidad de repuestos y más horas de mano de obra.
VOLQUETES DE GRAN CAPACIDAD -
Requieren menor inversión porque se requieren menos unidades. - 40 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
-
Menor número de camiones facilita el ciclo de trabajo, evitando el embotellamiento embotellamiento y los tiempos de espera.
-
Requieren menor número de chóferes.
-
Su mayor peso puede dañar los caminos de acarreo. Mayor dificultad para equilibrar el número de camiones con la capacidad del equipo de carga. car ga.
-
Requieren un cargador de mayor capacidad.
2.3.1.2.1 PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES La producción de los volquetes depende de la distancia de transporte, de la velocidad que puede desarrollar la máquina, del estado del camino, de las características del equipo de carga, de la habilidad del chofer, etc.
QT
C
60 TV
donde: e
C= TV = n= qC = k=
n q C
Producción por ciclo m3/ciclo Duración del ciclo del volquete en min. Número de ciclos necesarios para que el cargador frontal llene el volquete Capacidad del cucharón colmado (m3) Factor del cucharón o de acarreo
n
Capacidad No min al del del Volquete (Ton) qC K Mat .Suelto
ESTIMACION DE LA DURACION DEL CICLO La duración del ciclo de trabajo de un volquete, está compuesta por los siguientes tiempos:
TIEMPO DE CARGA "T 1"
Es el tiempo necesario par que el cargador llene el volquete (depende de la capacidad y el ciclo del equipo de carga). t 1
donde:
n T e
Te = Ciclo del equipo de carga - 41 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TIEMPO FIJO Esta formado por: t2 = Tiempo de descarga más el tiempo de espera para iniciar esta operación t3 = Tiempo usado para las maniobras del volquete y para que el cargador empiece la operación de carga De acuerdo a las condiciones de operación, se puede adoptar los tiempos fijos siguientes: siguientes: Tabla 19. Tiempo fijo t 2 (min)
CONDICION DE OPERACION
t3 (min)
tf = = t2 + t3
Favorables
0.5-0.7
0.10-0.20
0.60-0.90
Promedio
1.0-1.3
0.25-0.35
1.25-1.65
Desfavorables
1.5-2.0
0.40-0.50
1.90-2.50
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
TIEMPO DE ACARREO (ta)
Es el tiempo necesario para que el volquete cargado recorra la distancia existente hasta el lugar de destino. Depende de la distancia de acarreo "D" y de la velocidad que utiliza el volquete con carga. t a
donde:
D
V C
D = Distancia de acarreo (m) VC = Vel. con carga en m/min.
TIEMPO DE RETORNO (t R)
Es el tiempo que la volqueta requiere para regresar al lugar donde se encuentra el equipo de carga. Depende de la distancia de acarreo "D" y la velocidad que puede pu ede desarrollar la volqueta vacía. t R
D
V R
donde: VR = Vel. de la volqueta vacía m/min. De acuerdo a lo anterior la dur duración ación de un ciclo de trabajo del volquete será igual: igual : TV
t f
t1
- 42 -
ta
t R
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TV
n TC
t f
D
VC
D
VR
donde: n TC tf D VC VR
= Nº de ciclos del equipo de carga necesarios para llenar el volquete = duración del ciclo del equipo de carga (min) = tiempo fijo de la volqueta (min) = distancia de acarreo (m) = velocidad con carga (m/min) = velocidad volqueta vacía (m/min)
En caminos medianamente conservados las velocidades que pueden desarrollar los volquetes en condiciones promedio, pueden ser las siguientes: Tabla 20. Tiempo de trabajo VELOCIDAD EN KM/ HORA CONDICIONES DE TRABAJO D<1KM D=295KM D>5KM Camino plano 15-20 25-30 30-36 CON CARGA Con subidas y bajadas 10-15 12-16 13-17 Camino plano 20-25 30-40 40-50 SIN CARGA Con subidas y bajadas 15-20 25-35 30-40 *Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES: Para calcular la productividad real, se deben considerar los factores correspondientes a la resistencia a la rodadura, la pendiente del camino y la eficiencia del trabajo; a los dos últimos ú ltimos se les asigna los mismos valores que a los equipos anteriormente considerados, con la diferencia de que el factor de operación puede tener un valor mayor, debido a la mayor oferta de chóferes calificados.
RESISTENCIA A LA RODADURA Este factor evalúa la resistencia que ofrece el camino al movimiento de las ruedas. Si no se dispone de mayor información se pueden utilizar los valores siguientes: Tabla 21. Factor de rodado CONDICIONES DEL CAMINO FACTOR "r" Plano y firme
0.98
Mal conservado pero firme
0.95
De arena y grava suelta
0.90
Blando y sin conservación
0.85
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon - 43 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
De acuerdo a lo escrito anteriormente, la productividad real de los volquetes se calculará utilizando la siguiente expresión.
Q
C 60 p r E Tcorregido
TRABAJO COMBINADO DE VOLQUETES CON CARGADORES FRONTALES Y EXCAVADORAS
En el trabajo combinado que normalmente realizan los volquetes y los cargadores frontales o excavadora, es deseable que la capacidad de operación de los volquetes sea igual al de los cargadores, para evitar los tiempos de espera, esto ocurrirá si se encuentran las condiciones que satisfagan la siguiente ecuación:
QVOLQUETA * M = QCARG. O EXC. * N (1) (2) donde:
N = Número de cargadores cargador es o excavadores M = Número de volquetes
Si (1) > (2) Los volquetes tienen una capacidad excedente. excedente. Si (1) < (2) Los cargadores tienen tienen una capacidad excedente.
2.3.1.3 CAMIONES AGUATEROS
- 44 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Son tanques de agua cilíndricos, montados sobre chasis de camión, que se utilizan para el regado de terraplenes, con el fin de conseguir la humedad óptima especificada para una obra y facilitar el trabajo de compactación. Los tanques de acuerdo a la potencia del motor y el número de ejes del camión, pueden tener una capacidad que varía entre 2.000 a 30.000 lts. Están equipados con un regador horizontal en la parte trasera y debajo del tanque, el sistema de vaciado del agua puede ser por gravedad o a presión, en cuyo caso estará equipado con una bomba de agua, comparativamente el vaciado a presión ofrece mayores ventajas.
2.3.1.3.1 PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES AGUATEROS La producción de los camiones aguateros depende de la distancia de transporte, de la velocidad que puede desarrollar la máquina, del estado del camino, de la capacidad de las bombas de agua, de las condiciones de descarga, etc.
QT
C
60
T A
donde: C = Capacidad del tanque tanque en litros TA = Duración del ciclo del camión aguatero en minutos
Duración del Ciclo " TA " El ciclo del camión aguatero está determinado por la suma de los tiempos parciales siguientes:
TIEMPO DE CARGA "t 1": Es el tiempo necesario para llenar de agua el tanque del camión, utilizando bombas o por gravedad. Si se utiliza una bomba con un rendimiento de absorción - entrega de J lts/Min . : t1 = C/J Para una bomba de 2" Para una bomba de 3" Para una bomba de 4"
J = 215 Lts/Min J = 480 Lts/Min J = 850 Lts/Min
TIEMPO FIJO "t F": Representa el tiempo que demandan las maniobras para que el camión se ubique en el lugar de carga y para que la bomba de agua empiece a funcionar. En condiciones promedio se puede asignar valores que varían de 1 a 1.5 min.
TIEMPO DE DESCARGA "t 2": Es el tiempo que demora el camión en vaciar el agua, a través del regador, en la superficie del relleno. En promedio se puede considerar un caudal de vaciado de 400 a 600 Lts/Min, por lo cual: t 2
C J V
donde: Jv = 400 a 600 lt/min Jv = caudal de vaciado - 45 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TIEMPO DE ACARREO "ta": Es el tiempo necesario para que el camión aguatero cargado recorra desde la fuente de agua hasta el sector de trabajo. D
t a
donde:
V C
D = Distancia de acarreo en metros VC = Velocidad del camión cargado en m/min.
TIEMPO DE RETORNO "tr" Es el tiempo que el camión utiliza para retomar a la fuente de agua. D
t r
donde:
V r
Vr = Velocidad del camión vacío en m/min.
De acuerdo a lo anteriormente expuesto, la duración del ciclo de un camión aguatero será igual a: T A
t 1
t
f
T A
t 2
t
C
C
t
a r
J
J
C
500
1.25 min min
D
V C
D
V r
C 500
D V C
D V r
1.25 min min
Las velocidades que pueden desarrollar los camiones aguateros son similares a las velocidades sugeridas para la productividad de los volquetes.
PRODUCTIVIDAD EN FUNCION DEL MATERIAL HIDRATADO Para materiales en condiciones de humedad promedio se ha establecido la necesidad de agregar agua, antes de ejecutar su compactación, en un porcentaje equivalente al 10% de su peso, por ejemplo para un suelo con una densidad de 1.500 kg/m3, la cantidad requerida de agua ag ua será de 150 litros por cada metro cúbico de material. La productividad del camión aguatero en función de los metros cúbicos de material que se pueden hidratar por hora estará determinada por: Q
60 C 0.10 δ Mat TA
600 C δ Mat
TA
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES AGUATEROS Para calcular su productividad real, se deben considerar los factores correspondientes a la resistencia a la rodadura, la pendiente del camino y la eficiencia del trabajo. Los valores de estos factores serán iguales a los considerados para la productividad de los volquetes. De acuerdo a lo anterior la producción Real de los camiones aguateros se calculará utilizando la expresión siguiente: - 46 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Q
600 C r p E
Mat T A Corregido
donde: Q = Productividad TA CORREGIDO = TA * ( 1 + h ) TA = Duración del ciclo C = Capacidad del tanque r = Resistencia a la rodadura dMAT = Densidad del material suelto p = Factor de pendiente E = Factor de eficiencia de trabajo
2.4.
EQUIPO PARA LA CONSTRUCCION DE TERRAPLENES
2.4.1. MOTONIVELADORAS 2.4.1.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Están compuestas de un tractor de cuatro ruedas, que en su parte delantera tiene un brazo largo o bastidor apoyado en un tren delantero de dos ruedas, las cuales son de dirección. La motoniveladora está equipada con una hoja de corte dotada de movimientos movimientos vertical y horizontal, y de rotación y de translación en su propio plano, la misma está montada entre su eje delantero y sus ejes traseros de tracción. El movimiento horizontal de la hoja varía de 0° a 180° en relación al eje longitudinal de la máquina. En el plano vertical su inclinación puede llegar a 90° en relación al suelo. Esta gran movilidad de la hoja de corte le permite situarse con precisión en diversas posiciones, puede girar horizontalmente mediante la rotación del círculo de giro, e inclinarse lateralmente con relación a su eje vertical, también puede inclinarse con relación a su eje horizontal, además puede desplazarse vertical y lateralmente, lo cual le permite cortar, mezclar, mezclar, nivelar y botar los materiales de exceso. - 47 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Las motoniveladoras tienen tienen amplia maniobrabilidad y radio corto de viraje, debido a su bastidor articulado y a las ruedas delanteras de viraje cerrado. Sus ruedas delanteras tienen inclinación lateral con respecto a sus propios ejes, lo que les permite adaptarse fácilmente a los desniveles del terreno, y soportar empujes laterales cuando trabaja con la cuchilla inclinada.
Están dotadas de un escarificador frontal que opcionalmente se acomoda en la parte delantera o trasera del equipo. Este aditamento se utiliza para aflojar el suelo cuando el material a ser cortado se presenta muy duro. El escarificador normalmente está compuesto de 11 dientes removibles que pueden ser ajustados hasta una profundidad de 30 cm. Si el esfuerzo del escarificador fuera demasiado, se puede reducir el número de dientes.
- 48 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Escarificador montado en la parte delantera
Estas dimensiones varian según el tipo de modelo. CARACTERISTICAS
DIMENSIONES (m)
A= Distancia entre el borde del diente y el centro de los neumáticos delanteros.
0.80 – 1.20
B = Ancho de excavación. ALCANCE DEL ESCARIFICADOR: Angulo de excavación Altura máxima de levantamiento Profundidad máxima de excavación *Fuente: Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU
0.82 – 1.35 49º - 74º 0.20 - 0.60 0.20 - 0.35
Escarificador montado en la parte trasera
Estas dimensiones varian según el tipo de modelo.
CARACTERISTICAS A= Distancia entre el extremo del escarificador y el centro de la ruedas traseras en tandem ALCANCE DEL ESCARIFICADOR: Angulo de corte Altura máxima de levantamiento Profundidad máxima de excavación *Fuente: Manual de Especificaciones Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU
DIMENSIONES (m) 2.56 – 3.49 38º - 80º 0.55 – 0.675 0.30 – 0.48
La potencia de su motor varía de 115 a 300 HP y son capaces de alcanzar velocidades de hasta 45 Km/hora, cuando se desplazan de un lugar a otro sobre caminos bien conformados. - 49 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Las motoniveladoras tienen uno o dos ejes de tracción, pudiendo ser de eje trasero sencillo o de eje trasero en tandem. Las de eje simple se denominan motoconformadoras y se utilizan para el mantenimiento de carreteras pavimentadas. Las de mayor uso son las de tres ejes, uno delantero articulado al brazo del bastidor y dos traseros en tandem, esta disposición ofrece mayores ventajas que le permiten nivelar con mayor precisión, gracias a que el eje tandem absorbe las oscilaciones de la máquina producidas por los desniveles del terreno.
Eje trasero sencillo - Tracción en el eje trasero
Estas dimensiones varian según el tipo de modelo.
CARACTERISTICAS A= Distancia hasta el borde de los cilindros cilindros de levantamiento de la hoja. B = Distancia entre ejes.
DIMENSIONES 1.36 m. 3.6 m.
C= Altura hasta la rueda del timón
2.27 m.
D= Altura hasta la punta del tubo de escape
2.735 m.
E= altura total al instalar la cubierta de acero o lona.
2.905 m.
Angulo de la articulación
30º
Ancho sobre las ruedas Delanteras
1.922 m.
Traseras
1.94 m.
Distancia al suelo 0.285 m. *Fuente: Manual de Especificaciones Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU
- 50 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Eje trasero en tandem Tracción en el eje trasero - Tracción en los dos ejes principales
Estas dimensiones varian según el tipo de modelo.
CARACTERISTICAS
DIMENSIONES
A= Altura hasta el borde de los cilindros de levantamiento de la hoja .
1.93 m. – 2.90 m.
B = Distancia entre el centro de los neumáticos delanteros y el borde de la hoja.
2.11 m. – 2.90 m.
C= Distancia entre ejes.
4.90 m. – 6.45 m.
D= Distancia entre los centros de las ruedas traseras en tanden.
1.19 m. – 1.73 m.
E= Altura hasta la punta del tubo de escape.
2.78 m. – 3.365 m.
F = Altura total al instalar la cubierta de acero o lona.
3.20 m. – 3.36 m.
Angulo de la articulación
26º - 30º
Ancho sobre las ruedas Delanteras
2.04 m. 2.80 m.
Traseras
2.05 m. – 2.80 m.
Distancia al suelo *Fuente: Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU
0.34 m. – 0.410 m.
Por ser una máquina de comandos sensibles, usada en operaciones de acabado, su rendimiento operacional depende en gran manera de la buena planificación pl anificación de las operaciones a ser ejecutadas, y de la habilidad habilidad del operador. Son máquinas especialmente construidas para efectuar trabajos de mezclado, conformación, nivelación y afinado, entre los cuales se pueden citar los siguientes: -
Conformación Conformación y nivelación de Plataformas y de terraplenes Mezclado, revoltura y extendido de materiales Extendido de ripio y de mezclas asfálticas Reperfilado y afinado del movimiento de tierras Apertura y limpieza de cunetas de drenaje superficial Remoción y desbroce de vegetación - 51 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Conformación Conformación y mantenimiento de taludes de corte Regularización de capas que serán compactadas en los terraplenes Mantenimiento Mantenimiento de caminos en general
-
2.4.1.1.1
PRODUCTIV1DAD DE LAS MOTONIVELADORAS
La productividad de las motoniveladoras depende de las dimensiones de su hoja de corte, del tipo de suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, del número de pasadas necesario para ejecutar el trabajo, del espesor o profundidad de la capa, de la habilidad del operador, etc. Q AT
QT
donde:
60 d (L e L o ) NT
m 2 hra.
60 d e (L e L o ) NT
m 3 hra.
QAT = Productividad teórica en área [m2/hra] QT = Productividad teórica en volumen [m3/hra] d = distancia de trabajo recorrida por el equipo [metros] e = espesor de la capa, definida en función de la especificación que rige la obra [metros] Le = ancho útil en cada pasada, (depende del d el ángulo de trabajo elegido para la hoja de corte)[m] Lo = ancho de traslape [m] N = número de pasadas necesarias para ejecutar el trabajo T = tiempo de duración del ciclo de trabajo para a ejecutar una pasada [minutos]
LONGITUD LONGITUD EFECTIVA EFECTIVA DE LA HOJA (Le) Varía de acuerdo al ángulo de trabajo de la hoja de corte, su valor depende del tipo de trabajo, de las características del material, el tamaño d e la máquina, etc., en general se eligen ángulos en el rango de β = 15 a 50 grados. Le
L
βº
L Cos β
Para un ángulo de 15º:
Le
Le
L co cos s 15
o
0.97 L
0.64 L
Para un ángulo de 50º : Le
L co cos s 50
L = Longitud de la hoja
15º a 50º - 52 -
o
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
ANCHO DE TRASLAPE Representa el ancho de la faja que la máquina repasa entre la pasada anterior y la siguiente, en condiciones normales tiene un valor promedio de 20 cm.
PRIMERA PRIMERA FAJA FAJA
ANCHO DE TRASLAPE TRASLAPE (Lo) (Lo)
ANCHO DE CARR ETERA ETERA
SEGU NDA FAJA
ESPESOR DE LA CAPA En la construcción de terraplenes, se refiere al espesor de la capa de relleno, la cual puede ser medida antes o después de la compactación, según el caso será espesor suelto [e s], o espesor compactado compactado [ec]. En los trabajos de nivelación, escarificado, perfilado, reparación de caminos, limpieza de maleza, conformación de subrasantes y reparación de caminos, la productividad de la motoniveladora se calculará en superficie super ficie [m2/hra].
VELOCIDAD DE TRABAJO La velocidad es el factor más difícil difícil de evaluar, porque en gran medida depende de la habilidad del operador ope rador y del tipo de material que el que está trabajando, además la velocidad depende del tamaño de la máquina, del espesor de la capa y del tipo de trabajo, para condiciones normales se puede utilizar, como referencia, los valores siguientes Nivelación
Tabla 22. Velocidades de trabajo 5,0 – 6,0 Km/hra
Escarificado
4,0 – 5,0 Km/hra
Perfilado
4,5 – 6,5 Km/hra
Limpieza de maleza
6,5 – 8,5 Km/hra
Conformación de subrasantes
4,0 – 6,0 Km/hra
Mezcla de materiales
4,0 – 6,0 Km/hra
Reparación de caminos
2,0 – 5,0 Km/hra
Excavación de zanjas
1,5 – 3,0 Km/hra - 53 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Terminación de orillas
1,0 – 2,0 Km/hra
Explanación de campo
1,5 – 4,0 Km/hra
Velocidad de retorno
15,0
Km/hra
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
NUMERO DE PASADAS Depende del tipo de trabajo que ejecutará la motoniveladora, mo toniveladora, de las características características del material y del espesor de la capa, por ejemplo: Para conformación de subrasantes Tabla 23. Número de pasadas Para nivelación Para limpieza de maleza Para escarificado de suelos Para mezcla de materiales Para conformación de subrasantes
N= N= N= N= N=
5a 7 3a5 1a 2 8 a 10 5a 7
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones de corte, revoltura, nivelación y/o escarificado, y en las maniobras de viraje. La duración del ciclo depende de la longitud del tramo de tramo de trabajo [d] en metros y de la velocidad que la máquina puede imprimir en las diferentes operaciones: T
Donde:
d Va
d
Vr
t f
d = distancia de trabajo trabajo [m] va = velocidad de avance avance [m/min] n] vr = = velocidad de retroceso [m/min] n] tf = = tiempo fijo [t f = 0 a 1 minuto] Por ejemplo para una motoniveladora Caterpillar 120G, en la tabla siguiente, se muestran los diversos factores y características características que influyen en las varias operaciones necesarias para realizar un determinado servicio (longitud de la hoja de corte L = 3,66 m).
Trabajos que realiza la motoniveladora
Característica Velocidad m/min
ida
Nivelación
Escarificado
Limpieza (*)
Perfilado (*)
115
85
130
90
- 54 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
vuelta
250
Ancho efectivo [m]
0,97L-0,2
Ancho escarificador [m]
0,64L-0,2
0,97L-0,2
4
4
1,18
Número de pasadas *Fuente: Manual DNIT-Brasil
6
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LAS MOTONIVELADORAS Para corregir la producción teórica de las motoniveladoras motoniveladoras se deben considerar los factores: factores: de hoja, de pendiente del terreno y el factor de eficiencia del trabajo, cuyos valores serán iguales a los utilizados para los tractores de orugas. El factor de altura influye incrementando el ciclo de trabajo en la misma proporción a la disminución de potencia ocasionada por la elevación sobre el nivel del mar: Q
60 d e (L e L o ) Fh E p N T(1 h)
QA
60 d (L e L o ) Fh E p N T(1 h)
m 3 hra. m 2 hra.
donde: QA = Productividades área Fh = Factor de hoja p = Factor de pendiente E = Factor de eficiencia de trabajo Le = ancho útil en cada pasada, (depende del ángulo de trabajo elegido para la hoja de corte) [m] Lo = ancho de traslape [m] N = número de pasadas necesarias para ejecutar el trabajo T = tiempo de duración del ciclo de trabajo para a ejecutar una pasada [minutos] d = distancia de trabajo [m]
2.4.2
COMPACTADORES
2.4.2.1 CONCEPTOS BASICOS
COMPACTACION
Es la operación mecánica que se ejecuta para elevar la densidad del suelo, o sea su peso por unidad de volumen, con el fin de aumentar su resistencia. Todo relleno para obras viales, hidráulicas o de fundación de estructuras debe ser construido mediante capas de suelo, las que deben ser sometidas a un proceso de compactación, para conseguir la resistencia especificada. Con el fin de conseguir una buena compactación, se deben controlar tres factores importantes: Con el fin de conseguir una buena compactación, se deben controlar tres factores importantes: Granulometría del material
- 55 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Contenido de agua del material Esfuerzo de compactación
Granulometría del Material
Representa la distribución de las partículas en porcentajes de acuerdo a su tamaño. Un suelo tiene buena granulometría si el tamaño de las partículas es variado y su distribución uniforme. Si la mayor parte tiene igual tamaño, su granulometría es inadecuada, por lo cual es difícil compactarlo. Mientras mayor sea la diversidad de tamaños, los vacíos existentes entre las partículas grandes se llenarán fácilmente con las partículas de menor tamaño, dando como resultado una mayor densidad.
INADECUADO
BUENO
Contenido de Agua o grado de humedad del suelo
Para un suelo y un esfuerzo de compactación dado, existe un contenido óptimo de humedad, expresado en porcentaje de peso del suelo seco, que permita el máximo grado de compactación. Se sabe por experiencia que es muy difícil o tal vez imposible conseguir una compactación adecuada sí los materiales están muy secos o muy húmedos, para cada tipo de suelo corresponde cierto contenido de agua, el cual se denomina "humedad Optima". - 56 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
La humedad óptima se determina en laboratorio, mediante la obtención de densidades para diferentes contenidos de humedad, hasta alcanzar la densidad máxima. Este ensayo se denomina Proctor y muestra la relación entre la densidad y el contenido de humedad.
HUMEDAD OPTIMA Arcilla pesada
17,5%
Arcilla limosa
15,0%
Arcilla arenosa
13,0%
Arena
10,0%
Mezcla de grava, arena y arcilla
7,0%
El grado de compactación especificado especificado es, en general, más alto para las capas superiores del terraplén terra plén que para las capas inferiores. Un requerimiento de compactación de 95% significa que el material, ya compactado, debe tener una densidad del 95% de la densidad máxima máxima del terreno, el cual se obtiene cuando cuando el material se ha llegado a su contenido óptimo de su humedad. La densidad máxima para el material de relleno en particular, puede encontrarse por las pruebas de laboratorio. Deben hacerse frecuentes pruebas del terreno en la medida que prosigue la compactación, a fin de obtener la compactación mínima especificada. Cuando es necesario, el relleno se humedece con el equipo de riego. El contenido de agua del material del relleno es menos crítico en los granulares que en los materiales finos como limos o arcillas. Tales rellenos pueden rechazarse cuando el contenido de agua no puede llevarse hasta el nivel óptimo especificado a causa de factores no sujetos a control, como el clima húmedo.
Esfuerzo de Compactación
Es la energía mecánica que se aplica al suelo, utilizando una máquina, con el objeto de apisonarlo para aumentar su densidad. El proceso de compactación se realiza utilizando uno de los siguientes métodos: -
Por peso estático o compresión Por acción de amasado o manipulación Por percusión o impacto (golpes fuertes) Por vibración o sacudimiento
El peso estático, consiste en aplicar un peso sobre la superficie del suelo, esto produce la ruptura de las fuerzas que enlazan las partículas entre si y su acomodo en nuevos enlaces más estables dentro del material. Este procedimiento es el que se aplica cuando se utilizan máquinas sin vibración del tipo de rodillos lisos, pisones, patas de cabra, etc. El efecto que produce un peso aplicado sobre el material se traduce en una presión sobre su superficie que se transmite hacia el interior y se distribuye en forma de bulbo cuyo valor disminuye de forma exponencial con la - 57 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
profundidad. Debido a esto solamente se aplica la compactación estática en capas de poca profundidad, como sellado de capas o cuando es posible romper la compactación ya conseguida si se aplican cargas mayores. La fuerza lineal indica la capacidad de compactación del rulo estático (rodillo liso), y constituye la fuerza vertical situada directamente por debajo y a lo ancho del rulo o ruedas que crea los esfuerzos cortantes de la compactación. Para calcularla basta dividir el peso del rulo por eje entre la anchura del mismo. Viene indicada en Kg./cm, cuanto cuanto mas grande sea, mayor será el potencial de compactación estática estática del rulo. La compactación por peso estático se obtiene utilizando apisonadoras de rodillo liso estáticas. La acción de amasado produce los rodillos pata de cabra o los compactadores neumáticos con ruedas oscilantes. El esfuerzo de vibración se consigue usando vibro compactadores de rodillo liso o pata de cabra. La compactación por percusión se utiliza generalmente en pequeñas obras, como ser instalación de tuberías de agua, alcantarillado, electricidad, etc.
La acción de manipulación, también llamado efecto de amasado, es el producido por tensiones tangenciales que redistribuyen las partículas para de esta manera aumentar su densidad. Resulta muy eficaz para compactar la capa final de base para un firme asfáltico. Las maquinas que mejor aprovechan esta fuerza de compactación son los rulos de pata de cabra o pisones y los compactadores de neumáticos de ruedas rueda s alternadas.
- 58 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El impacto, también llamada compactación dinámica. Utiliza una fuerza de impacto repetido sobre la superficie a compactar. Depende del peso que se utilice y la altura desde la que se le deja caer. Pueden ser de baja energía como los producidos por los compactadores de mano, ranas, etc hasta los 600 golpes por minuto o de alta energía entre 1.400 y 3.500 golpes por minuto como los utilizados en los rodillos vibratorios.
Por vibración, la compactación es la más utilizada en la actualidad para la mayoría de las aplicaciones. Se basa en utilizar una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, dicha masa produce una fuerza centrifuga que se suma o se resta al peso de la máquina, para producir una presión sobre el suelo que depende de varios factores como el peso de los contrapesos, distancia al centro de rotación y al centro de gravedad y la velocidad de rotación. Para conocer como funcionan los compactadores de vibración, tenemos que conocer los valores de la fuerza centrifuga, amplitud y frecuencia.
2.4.2.2 MAQUINARIA DE COMPACTACION Entre los compactadores que se usan con mayor frecuencia en los trabajos de compactación de plataformas y terraplenes en carreteras, aeropuertos, vías urbanas, presas de tierra, etc., se puede citar los siguientes: -
Compactadores con rodillo pata de cabra Compactadores con rodillo liso vibratorio Compactadores de ruedas neumáticas - 59 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
-
Compactadores combinados Apisonadores estáticos
COMPACTADORES PATA DE CABRA
Están formados por rodillos cilíndricos huecos, en cuya superficie van montados pisones de sección prismática que se asemejan en su forma a las patas de cabra, con un alto de 20 a 25 centímetros. Estos rodillos están montados en un bastidor, que se acopla a un tractor para su remolque, los mismos vienen acoplados en pares, en tandem o simples. La energía de compactación se obtiene por la presión de contacto de una hilera de pisones, sobre la cual se distribuye el peso total de la máquina. Estos rodillos pueden ser remolcados o autopropulsados, ambos pueden ser apisonadores o vibratorios. El número de rodillos depende de la potencia del tractor de remolque. Debido a que estos rodillos son huecos deben ser lastrados con arena u otro material, para aumentar su peso. Se usan preferentemente en la compactación de suelos cohesivos, formados por partículas finas. El espesor de la capa compactada debe ser igual a la altura de los pisones o patas, para obtener una compactación co mpactación óptima.
COMPACTADORES DE RODILLOS VIBRATORIOS
- 60 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Son rodillos vibrantes que se utilizan especialmente en terrenos pedregosos, en conglomerados granulares, en cantos rodados y en mezclas asfálticas. De acuerdo al tipo de material se debe graduar la amplitud y frecuencia de vibración. Pueden ser remolcados o autopropulsados: Rodillos vibratorios remolcados: Se usan preferentemente en lugares donde los autopropulsados tienen dificultades de tracción. Rodillos vibratorios autopropulsados: Se fabrican en diversidad de tamaños y modelos, con pesos que varían de 1 a 18 Ton; anchos de rodillo de 1 a 2,20 -metros; frecuencias de vibración de 1800 a 3600 r.p.m., amplitudes de vibración de 0,3 a 2 mm; y velocidades de trabajo de 2 a 13 km/hra. Una misma máquina trabajando a baja velocidad compactará mayores espesores de capa, aumentando la velocidad disminuirá su capacidad de compactación, lo cual reducirá su alcance en profundidad.
COMPACTADORES PATA DE CABRA DE ALTA VELOCIDAD
Los compactadores Pata de Cabra de alta velocidad, están formados por cuatro ruedas o tambores de acero, provistos de patas o pisones, tienen propulsión propia a través de un motor diesel de 170 a 300 HP de potencia, tienen anchos de compactación que varían de 3 a 3,80 metros; desarrollan velocidades entre 5 y 35 km/hora. Además están equipados con una hoja topadora de control hidráulico que se utiliza para el esparcimiento del material y para uniformar el terreno; los más conocidos son los construidos por las fábricas CATERPILLAR, KOMATSU, BOMAG Y DYNAPAC.
COMPACTADORES NEUMATICOS
El mayor uso de estos equipos se realiza en la construcción de carpetas asfálticas, capas base y sub base estabilizadas, capas granulares, etc., donde su efecto resulta superior al de otro tipo de compactadores, ya que puede conseguir un perfecto cierre de poros y superficies uniformes libres de defectos. Son unidades de marcha rápida que disponen de un número impar de llantas que puede pue de ser 7, 9 ú 11 montadas en dos ejes, sin son de siete, 3 en el eje delantero y 4 en el eje trasero. Las llantas están colocadas de tal manera que las traseras cubren los espacios no compactados por las delanteras. Tienen pesos que varían de 6 a 24 toneladas, o más.
- 61 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El tipo de compactación que utilizan es el apisonamiento estático, sus ruedas pueden tener suspensión oscilante. Para aumentar su peso se pueden utilizar pesos de lastre, colocados sobre su bastidor rectangular, este incremento de peso tiene la desventaja de aumentar la resistencia a la rodadura, disminuyendo la velocidad de trabajo. La compactación de los suelos depende de la presión de contacto de los neumáticos, la que a su vez depende de la presión de inflado; por esta razón los compactadores con neumáticos de alta presión serán los más eficientes, éstos éstos conseguirán la densidad requerida en menos pasadas y en capas de mayor espesor.
COMPACTADORES COMBINADOS
Están formados por un rodillo vibratorio liso montado en su eje delantero, y en su eje trasero están provistos de ruedas neumáticas generalmente en un número cuatro, para mejorar las condiciones de compactación, dándole mayor uniformidad a la superficie. Se fabrican en una amplia variedad de pesos y modelos.
APISONADORES ESTATICOS
Son máquinas compactadoras que comprimen el material por efecto de su elevado peso. El efecto de compactación es mucho menos profundo que el de los rodillos vibratorios. Se utilizan principalmente para el e l acabado de capas granulares y excepcionalmente en la compactación de carpetas asfálticas. asfálticas. Se fabrican con pesos de 2 a 30 toneladas, de dos o tres ejes, cada eje lleva un rodillo de acero ace ro liso. - 62 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
2.4.2.3 SELECCION DEL EQUIPO DE COMPACTACION COMPACTACION Para determinar más o menos el tipo de máquina que se debe utilizar en distintos tipos de suelos se muestra la siguiente figura.
La elección del equipo de compactación se debe efectuar considerando la diversidad de los suelos y la variedad de modelos disponibles. Para este fin es conveniente agrupar los suelos en dos grupos: - Suelos Cohesivos: Tienen un mayor porcentaje de partículas finas y muy finas (materiales arcillosos), las fuerzas internas de cohesión tienen un papel preponderante. - Suelos Granulares: Formado por partículas de mayor tamaño, en las cuales no existe cohesión, en cambio presentan fuerzas de rozamiento ro zamiento interno. Para los suelos cohesivos la acción de amasado es la única capaz de producir esfuerzos internos para vencer la resistencia opuesta por las fuerzas de cohesión, por lo cual los más recomendados son los equipos tipo pata de cabra o combinados. Para los suelos granulares o arenosos el método más adecuado es la vibración, que anula las fuerzas de rozamiento para conseguir el acomodo de las partículas, reduciendo la cantidad de vacíos y aumentado la densidad del suelo. El mayor rendimiento se consigue cuando la vibración producida por el rodillo entra en resonancia con la oscilación del material que se está compactando, a una frecuencia que depende del tipo de suelo y de las características del rodillo rodillo y que se denomina "Frecuencia "Frecuen cia de Resonancia". En la mayoría de los suelos se encuentran materiales cohesivos y granulares en diferentes proporciones, para los cuales es difícil determinar el equipo más adecuado. Los fabricantes ofrecen modelos que se adaptan a la mayoría de los suelos, mediante la combinación de diferentes esfuerzos de compactación, por ejemplo los vibro compactadores con rodillo pata de cabra que combinan la vibración y el amasado, consiguen una rápida compactación de mezclas de suelos que específicamente no son cohesivos ni granulares.
- 63 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Los rodillos neumáticos de gran diámetro y anchura, con alta presión interna, pueden compactar una variedad de suelos, de igual manera los compactadores neumáticos de ruedas oscilantes tienen su campo de aplicación en suelos constituidos por mezclas de arcilla, arcilla, limo y arena. ar ena. En general es necesario considerar los siguientes aspectos referentes al equipo de compactación: El peso estático tiende a dar mayor compactación cerca de la superficie. La vibración profundiza la compactación en los materiales granulares. Una leve acción de amasado aumenta la densidad. La presión de inflado y la superficie de contacto de los neumáticos son los factores que determinan la capacidad compactadora de los compactadores de neumáticos. La vibración aumenta la eficacia a medida que disminuye la cohesión y aumenta el carácter granular del material, alcanzando su valor máximo en las arenas y su mínimo en De las consideraciones anteriores se deduce que la compactación requerida se obtiene con mayor facilidad con con la adecuada combinación de carga por rueda, presión de contacto, acción de amasado y vibración. Finalmente para evitar errores en la selección del equipo de compactación, por la amplia variedad de factores que intervienen en ella, los cuales serán diferentes para cada obra y para cada sector de la misma, es necesario efectuar pruebas de compactación al inicio de cada obra, para elegir el equipo, el espesor de la capa suelta, número de pasa das, velocidad de trabajo, humedad del material, etc.
2.4.2.4 SECUENCIA DE LA CONSTRUCCION DE TERRAPLENES Para construir un terraplén o relleno, inicialmente se eligen los materiales que serán utilizados, de acuerdo a las especificaciones de la obra, con los cuales se realizan ensayos de laboratorio, para determinar la densidad máxima y la humedad óptima. Posteriormente se cumplen los lo s siguientes pasos: a. Transporte y desparramado del material, utilizando cargadores frontales y volquetas o mototraíllas, hasta obtener el espesor de capa deseado. b. Humedecimiento del material utilizando camiones aguateros, si su humedad natural es menor a la óptima. En cambio si la humedad natural es superior a la óptima será necesario disminuir la misma, por aireación del material, hasta conseguir un valor próximo al de la humedad óptima. óp tima. c. Mezclado por revoltura del material, para conformar una capa homogénea y de espesor uniforme, u niforme, utilizando utilizando una motoniveladora o varias. d. Compactación de la capa utilizando el equipo adecuado, la máquina realizará el número de pasadas necesario para alcanzar la densidad especificada. e. Control de compactación, mediante la determinación en sitio de la densidad obtenida, la cual es comparada con la densidad máxima de laboratorio y el porcentaje establecido por las especificaciones del proyecto. Si la densidad es inferior a la especificada se deberá repetir r epetir el proceso de compactación.
2.4.2.5 PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO DE COMPACTACION La productividad del equipo de compactación depende del ancho y el peso de sus rodillos, del tipo de suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, del número de pasadas necesario para obtener la densidad especificada, del espesor de la capa, de la habilidad del operador, opera dor, etc.
Q AT
WV N - 64 -
m
2
hora
las arcill
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
donde: QAT V W N
= Producción por hora = m2 compactados/hora = Velocidad de operación (m/hora) = Ancho efectivo de compactación (m.) = Número de pasadas de] compactador por capa
VELOCIDAD DE OPERACIÓN
En condiciones normales se sugiere utilizar los valores siguientes: Compactador Neumático
2,0 a 4,0 km/hora
Rodillo Vibratorio (liso o pata de cabra)
2,5 a 4,5 km/hora
ANCHO EFECTIVO DE COMPACTACION
Es el ancho del rodillo menos el ancho de traslape "Lo": Para Compactadores neumáticos Para Rodillos Vibratorios Para Rodillos Vibratorios pequeños
Lo = 0.30 m Lo = 0.20 m Lo = 0. 10 m
ANCHO DE TRASLAPE TRASLAPE (Lo)
A NCHO DE DE CARR ETERA ETERA
NÚMERO DE PASADAS (N)
Es el número de pasadas que el compactador debe efectuar para conseguir la densidad requerida, se determina de acuerdo a las especificaciones de construcción, o sobre la base de los resultados de las pruebas de compactación. Si Si no se dispone de esta información, in formación, se pueden usar los siguientes valores: Compactador Neumático Rodillo Vibratorio (Liso o pata de cabra)
6 a 10 pasadas 8 a 12 pasadas
ESPESOR COMPACTADO POR CAPA
El espesor de compactación se determina de acuerdo a las especificaciones que rigen en la obra, o de acuerdo a los resultados de las pruebas. Como regla general este espesor varía de 0.15 a 0.50 metros considerando considerand o volumen suelto. - 65 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS COMPACTADORES FACTOR DE EFICIENCIA DEL TRABAJO Se considera únicamente los factores de altura y de eficiencia del trabajo, con un operador de habilidad o=l y un tiempo efectivo efectivo de trabajo de 50.minutos por cada hora transcurrida, por lo cual cual E = 0.83. La influencia influencia de la altura determinará el incremento del número de pasadas:
PRODUCTIVIDAD REAL DE LOS COMPACTADORES QA
W V E N
m
2
hora
PRODUCTIVIDAD DE LOS COMPACTADORES EN VOLUMEN (m 3 /hra) Para obtener la productividad en volumen únicamente ún icamente se deberá multiplicar la producción en superficie "QA" por el espesor de la capa "H". El tipo de volumen dependerá de las condiciones en que se mide el espesor de la capa, por ejemplo si el espesor se refiere al de la capa suelta, la producción estará dada en m3 sueltos; si se mide el espesor de la capa compactada el volumen será compactado.
Q donde:
W V E H N Corregido
Q = Productividad real W = Ancho efectivo de compactación compactación NCORREGIDO = N * ( 1 + h ) N = Número de pasadas H = Espesor de una capa E = Factor de eficiencia eficiencia de trabajo trabajo
2.5
EQUIPO PARA PAVIMENTACION DE ASFALTOS
2.5.1
DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
2.5.1.1 PLANTAS DE ASFALTO
- 66 -
m3 hora
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Las plantas asfálticas, son instalaciones complejas, que se utilizan para la mezcla de los materiales que forman el concreto asfáltico (cemento asfáltico y agregados) hasta obtener un material homogéneo, que después de ser compactado, tendrá la resistencia suficiente para soportar las cargas del tráfico. Estas instalaciones responden a la demanda de producción de grandes volúmenes de mezclas asfálticas, para la construcción de pavimentos urbanos y viales, cumpliendo las exigencias de las especificaciones especificaciones técnicas que rigen estas obras.
PARTES DE UNA PLANTA DE ASFALTO Alimentador de agregados en frío, compuesto por tolvas, donde están almacenados los distintos tipos de áridos que se precisan para efectuar las mezclas.
Secador de áridos, encargado de eliminar la humedad y elevar la temperatura de los agregados, hasta obtener la temperatura especificada, antes de que ingresen al mezclador.
Grupo de clasificación y dosaje, compuesto por una criba vibrante de tres a cuatro bandejas, una tolva y una báscula acumulativa, encargada de regular la alimentación de los agregados desde los buzones.
- 67 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Mezclador , formado por una hormigonera asfáltica, encargada de producir un concreto homogéneo, mediante la combinación de agregados, filler y cemento asfáltico. Al terminar la mezcla, el material pasara a un depósito donde se acumula la producción, para ser vaciada al equipo de transporte que entregara a la obra para su distribución y compactación inmediata. Este sistema tiene por objeto no demorar la producción continua de la mezcladora.
Dispositivos para depuración de gases y recuperación de filler , tienen por objeto disminuir la contaminación atmosférica, atmosférica, y recuperar el filler contenido contenido en el polvo que arrastran dichos dichos gases. El El dispositivo más más utilizado esta esta formado por una batería de ciclones ciclones con el que puede recuperarse de un 90 a un 96 % del total de polvo arrastrado. arr astrado.
- 68 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Tanque para la alimentación y calentamiento del cemento asfáltico, su utiliza para el suministro del betún asfáltico. La dosificación de este material puede efectuarse en peso y en volumen; en el primer caso será necesaria una báscula especial, especial, cuya exactitud exactitud será independiente de la temperatura del asfalto. El El control por volumen, mediante mediante una bomba de asfalto, puede alcanzar idéntica exactitud, exactitud, si se garantiza una densidad constante del asfalto.
Sistema calefactor , constituido constituido por quemadores de fuel-oil, o de serpentines de aceite caliente. Su acción alcanza al elemento secador, a los circuitos circuitos del ligante, a los dosificadores dosificadores y a la tolva acumulativa. acumulativa. Su función principal es calentar los agregados hasta h asta la temperatura especificada y mantener una temperatura constante en todos los elementos de almacenamiento y preparación pr eparación de la mezcla.
- 69 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
TIPOS DE PLANTAS ASFALTICAS De acuerdo a la forma de suministro de los agregados y el tipo de mezclador, las plantas de asfalto pueden ser de producción continua o discontinua.
2.5.1.1.1 INSTALACIONES MEZCLADORAS CONTINUAS
El mezclador se alimenta desde un extremo con un flujo de agregado caliente en proporciones convenientes. Los ingredientes a medida que se mezclan, se desplazan hacia el extremo de descarga del mezclador. Al llegar a la salida el agregado y el asfalto ya están mezclados formando el concreto asfáltico.
Las compuertas de ingreso al mezclador, son regulables y cada una está calibrada para dejar pasar la cantidad necesaria de material, de acuerdo a la velocidad de mezclado. mezclado. Se considera que el material depositado durante un ciclo del mecanismo de transmisión del alimentador, o en un intervalo de tiempo tiempo elegido, es una unidad; y se calculan las proporciones de cada componente exactamente como en una planta discontinua. discontinua. - 70 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Suministro de asfalto Las plantas mezcladoras continuas están equipadas con bombas de asfalto de desplazamiento positivo de dos tipos. La primera es una bomba de volumen fijo que se regula cambiando los engranajes de mando o ajustando la cavidad interna, se conecta automáticamente a los alimentadores de agregados. La otra es una bomba de volumen regulable, controlada por un volante de regulación.
Mezclador La función de un mezclador mezclador de paletas del tipo continuo continuo es similar al de una instalación discontinua. discontinua. La diferencia es que en lugar de mezclar por bachadas, los materiales son mezclados en forma continua a medida que van siendo impulsados al compartimiento de descarga.
INSTALACIONES AUTOMATICAS La automatización automatización de una planta continua puede lograrse por la adición adición de distintos dispositivos automáticos que incluyen: a) b) c) d)
Controles automáticos de los quemadores Descarga automática de la mezcla Corte automático del mezclado y de la graduación Enclavamientos eléctricos que detienen la instalación en caso de falla en cualquier parte del sistema
2.5.1.1.2 INSTALACIONES MEZCLADORAS DISCONTINUAS Suelen utilizarse en la producción de concretos asfálticos de gran calidad. Como ya se ha establecido, la diferencia esencial entre ambos tipos, reside en la forma de amasado, por lo que exteriormente, la instalación no ofrece otra característica singular, como como no sea la derivada del modelo o marca.
En este tipo de planta el agregado caliente es extraído de su depósito en cantidades predeterminadas para una bachada, en el mezclador se incorpora la cantidad correcta de asfalto y se realiza el mezclado. El concreto asfáltico preparado se vuelca en un camión para su traslado a obra. - 71 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Las partes más importantes de esta planta son: balanza tolva para agregados, cubeta y medidor de asfalto a sfalto y silo de almacenamiento de mezcla.
Balanza tolva para agregados El vertido de los agregados en los depósitos de agregado caliente a la tolva de pesaje debe comenzar por los de mayor tamaño, disminuyendo progresivamente hasta el tamaño más fino, añadiendo el filler mineral en último lugar. La cantidad que debe aportar cada tolva es determinada por el volumen de la amasada y la proporción en la que participa cada cada tipo de agregado. La tolva de pesado se cuelga de una báscula de balacin y se pesan acumulativamente acumulativamente las cantidades de agregados. agr egados. En las tolvas en caliente debe haber siempre material suficiente para completar una amasada antes de que empiece la descarga. Si una tolva se esta vaciando o esta demasiado llena, es posible que se deba ajustar la alimentación en frío.
Cubeta y medidor de asfalto El asfalto puede pesarse en un recipiente especial o puede medirse con un medidor para cada amasada. Cuando se pesa para cada amasada, se bombea el asfalto a una cubeta de tara conocida y se pesa en una báscula. Si se usan dispositivos medidores, la medición es por volumen. Pero como éste cambia con la temperatura, algunos medidores tienen dispositivos compensadores compensadores que corrigen el flujo de asfalto de acuerdo a la temperatura. Se debe pesar el volumen de asfalto bombeado entre dos lecturas le cturas del medidor, para poder calibrarlo.
Mezclador En las plantas asfálticas modernas se emplean mezcladoras de paletas de ejes gemelos. En las plantas discontinuas esta unidad se monta directamente debajo de la caja de pesado y de la cubeta de asfalto, pero lo suficientemente suficientemente alto para descargar la mezcla en un camión o en otra unidad de transporte. Silo de almacenamiento de mezcla Este silo se usa para almacenar temporalmente la producción de mezcla caliente antes de que se la transporte. Es una estructura cilíndrica cuyo extremo inferior tiene forma de cono. La mezcla caliente entra al silo por su parte superior y la descarga en camiones desde su base. MEZCLADO Al depositar los agregados calientes en la tolva de pesada, se produce un mezclado en seco. El tiempo de mezclado húmedo comienza cuando aparece el flujo de asfalto desde la cubierta o el medidor. La película de asfalto depositada sobre los agregados se endurece por efecto del calor y la exposición al aire, por este motivo el tiempo de mezclado debe ser el más corto posible, compatible con una distribución uniforme de los tamaños de los áridos y un revestimiento uniforme de sus partículas con el asfalto. La velocidad de los ejes del mezclador, la disposición y el ángulo de las paletas son factores que influyen en el rendimiento r endimiento del mezclador. Después de completar el tiempo de mezclado, se abre el fondo del mezclador descargándose su contenido en el silo de almacenamiento o directamente en el camión.
INSTALACIONES AUTOMATICAS Las plantas modernas se clasifican en tres categorías según el grado de su automatización: - 72 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
a) b) c)
Manuales Semiautomáticas Automáticas
Las plantas manuales tienen en común el control mecánico de los procedimientos de pesado y mezclado. En las plantas semiautomáticas todas las operaciones, desde la descarga de agregados de la caja de pesado, hasta la descarga del concreto del mezclador, tienen un ciclo automático de control. Este incluye la operación de la compuerta de descarga de la tolva de pesaje, del mezclador en seco, del recipiente de pesaje de asfalto, del mezclado húmedo y de la operación de la compuerta de descarga del mezclador. Por medio de una consola de control se asegura que todas las funciones tengan la secuencia adecuada. Las plantas automáticas tienen controladores computarizados que, fiscalizan automáticamente todas las funciones de la planta asfáltica y mantienen un registro y un inventario continuo de materiales y producción. Los sistemas modernos computarizados también incluyen un control automático del quemador y mando a distancia para la alimentación en frío, total y en proporciones. Este sistema permite que un operador competente pueda controlar a distancia toda la operación de la planta. Las plantas de asfalto pueden ser móviles (de menor tamaño) o fijas (de gran tamaño). El mercado ofrece varios de tipos de automatismo aplicado a plantas asfálticas, como los basados en sistemas eléctricos, fotoeléctricos y electrónicos. Sin duda alguna, la más avanzada tecnología se basa en componentes electrónicos, que superan los otros automatismos utilizados anteriormente.
2.5.1.1.3 RENDIMIENTO RENDIMIENTO DE UNA PLANTA PLANTA ASFALTICA El mercado ofrece una amplia gama de modelos con una capacidad de producción comprendida entre 10 y 450 ton/hra. Como es natural, la la relación costo costo de operación operación – producción favorece a las grandes plantas, cuyo funcionamiento exige casi el mismo personal que en las instalaciones de tipo mediano y aun pequeño, cuya inversión por unidad de producción es mucho menor. Sin embargo la capacidad de la planta dependerá de la magnitud de las obras y de la oferta de trabajo prevista durante su vida útil. El orden de las distintas fases que componen el ciclo de trabajo de una planta de asfalto es el siguiente: Descarga de áridos Inyección de asfalto Descarga de filler Cierre tolva filler Cierre tolva áridos Cierre tolva asfalto Abertura compuerta hormigonera Cierre compuerta hormigonera Por lo general, las pesadas de los áridos clasificados por separado, separado , se efectúan simultáneamente. simultáneamente. Lo mismo ocurre con la dosificación del asfalto.
2.5.1.1.4 PRODUCTIVIDAD DE LAS PLANTAS DE ASFALTO La productividad de las plantas de concreto asfáltico está definida por la capacidad teórica de la planta en Tn/hora establecida por el fabricante, la cual debe ser convertida a m3/hora y corregida por un factor de eficiencia (E). - 73 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El factor de conversión es igual a la densidad del concreto asfáltico compactado Q
CE CA
f c = δC.A.(c)
m 3 (c ) hra.
Donde: Q = productividad de la planta planta de asfalto asfalto en (m3(c)/hra) C = capacidad nominal de la planta en (Ton/ hora) f c = factor de conversión [f c = δC.A.©] (Ton/ M3) E = factor de eficiencia (E = 0,65 0,65 a 0,80) Para elegir el factor de eficiencia (E) se debe considerar el estado de funcionamiento y de conservación de la planta y la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentra encuentr a la obra. Para obtener realmente la productividad determinada con la fórmula anterior, el equipo complementario de carga (cargador frontal) que provee de material pétreo de los acopios a los buzones de la máquina, y el de transporte (volquetas) que se encarga de transportar la mezcla asfáltica de la planta a la obra, deben tener una capacidad de producción igual o mayor al de la planta de concreto asfáltico.
2.5.1.2 PAVIMENTADORAS
De un modo genérico, se designa con el nombre de pavimentadoras pavimentadoras o terminadoras de concreto asfáltico, a aquellas máquinas proyectadas especialmente para extender el concreto asfáltico en capas de espesor uniforme, cuya superficie debe quedar homogénea y de contextura uniforme, de manera que necesite un mínimo de labores complementarias de acabado. Estas máquinas están están provistas en su parte delantera, de una tolva, cuya capacidad es variable según los modelos, en un rango de 9 a 10 ton. La tolva es alimentada por un camión de caja basculante, que precede la marcha de esta máquina. El material es descargado automáticamente sobre la capa base, el flujo de alimentación es proporcional a la velocidad de pavimentación, regulada por un sistema de control automático.
- 74 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El material descargado por el volquete es repartido inmediatamente sobre la base por la acción de un tornillo sin fin provisto de paletas esparcidoras, que esta situado detrás de las bocas de salida. Posteriormente el concreto asfáltico es nivelado por una barra enrrazadora, que determina el espesor de la capa, la cual es compactada por un apisonador hidráulico, o vibratorio. Por último, las maestras autonivelantes se encargaran de conformar el nivel y el acabado superficial de la carpeta asfáltica. Las pavimentadoras pueden estar montadas sobre trenes de rodaje (orugas) o sobre ruedas neumáticas. Las ruedas neumáticas pueden desplazarse con más ventaja de un punto a otro a velocidades cercanas a los 32 kph. Tienen un ancho de pavimentación pavimentación menor a 2.44 metros, con el acoplamiento acoplamiento de extensores pueden alcanzar los 4.30 metros. Las pavimentadoras de orugas, tienen una velocidad de desplazamiento menor a los 4 kph, su capacidad de producción depende del espesor de la carpeta y del de l ancho de la faja de pavimentación. Las velocidades de trabajo de las pavimentadoras varia, de acuerdo al modelo, de 2.5 a 8 metros/minuto.
2.5.1.2 .1 PRODUCTIVIDAD DE LAS PAVIMENTADORAS DE ASFALTO La productividad de las pavimentadoras de concreto asfáltico depende de las dimensiones de la máquina, del espesor de la carpeta, de la distancia y velocidad de trabajo, de las condiciones co ndiciones de la obra, etc.. m 3 60 d e L e E Q T1 h) hra. Donde: Q = Productividad de la pavimentadora en [M3/hra] d = distancia de trabajo recorrida por el equipo [metros] e = espesor de la carpeta [metros] [metros] Le = ancho útil [metros] T = tiempo de duración del ciclo de trabajo [minutos] [minutos] V = velocidad promedio de trabajo [m/min] E = factor de eficiencia del trabajo h = factor de corrección por altura s.n.m. - 75 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
VELOCIDAD DE TRABAJO En condiciones normales de pavimentación, para espesores de carpeta de 5 a 10 centímetros, la velocidad promedio de trabajo trabajo estará en el rango de V = 250 a 350 metros/hora.
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones de pavimentación y en las maniobras de carga del concreto asfáltico. La duración del ciclo depende de la longitud del tramo de trabajo (d) en metros y de la velocidad promedio de trabajo:
T
d v
t
f
Donde: d = distancia de trabajo trabajo [m] v = velocidad de trabajo trabajo [m/min] tf = tiempo fijo [tf = = 1 a 1,5 minuto]
2.5.1.3 CAMIONES IMPRIMADORES O DISTRIBUIDORES DE ASFALTO
Es un equipo que se utiliza en la aplicación de tratamientos superficiales, en la imprimación de capas base antes de colocar la carpeta asfáltica, en los riegos de liga, etc. Consiste en un camión sobre el que se monta un termo tanque provisto de un sistema de calentamiento, formando por un quemador de fuel-oil que calienta el tanque haciendo pasar los gases a través de tuberías situadas en su interior. Cuenta, además, con una motobomba que permite expulsar el material ligante a la presión especificada. En el extremo del tanque está ubicada la barra de riego provista de boquillas, a través de las cuales se riega el asfalto sobre la superficie del terreno. La barra debe estar conectada al tanque de tal manera que el asfalto circule a través de ella cuando no se esté regando. La longitud de esta barra varía entre 3 a 8 metros en los modelos más grandes. En el tanque debe existir un termómetro adecuado para medir la temperatura del asfalto. También debe existir una conexión para una manguera con barra de riego y boquilla sencilla o doble para regar zonas del camino que no puedan alcanzarse con la barra regadora. Se fabrican camiones imprimadores con capacidades de 3200 a 16000 litros, existen modelos pequeños para mantenimiento de 1600 litros.
- 76 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
La función del imprimador es aplicar asfalto sobre una superficie previamente conformada a una tasa especificada (por ejemplo 1.5 lt/m2), formando una capa ligante uniforme y homogénea. Para asegurar una aplicación uniforme de asfalto es necesario que: -
La viscosidad y la temperatura del asfalto sean las adecuadas. La presión ejercida por la bomba sea uniforme en toda la longitud de la barra regadora.
-
Se debe calentar la barra regadora y las boquillas antes de comenzar a regar, para eliminar los residuos de asfalto de la jornada anterior.
-
Las boquillas estén fijadas sobre la barra regadora con un ángulo adecuado, usualmente 15 a 30 grados, para evitar que los chorros se mezclen o interfieran unos con otros.
-
Las boquillas deben fijarse a una altura conveniente de la superficie del camino, para asegurar el adecuado solape de los abanicos de distribución. Algunos modelos están provistos de soportes regulables que permiten graduar la altura de la barra de acuerdo a las exigencias de la obra.
-
La velocidad de trabajo del camión debe ser constante.
2.5.1.3.1 PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES IMPRIMADORES Los servicios de Imprimación, Imprimación, Riego de Liga y Tratamientos Superficiales Superficiales se ejecutan utilizando un camión camión distribuidor de asfalto, siendo esta máquina la que determina la productividad del equipo en su conjunto. El trabajo del camión distribuidor de asfalto se inicia con el cargado del asfalto del depósito o planta de calentamiento, continua con los procedimientos necesarios para el calentamiento y circulación del asfalto entre el tanque y la barra de distribución. Cuando se trabaja con C.A.P (cemento asfáltico), asfáltico), estos procedimientos demandan un tiempo mayor, porque el asfalto necesita alcanzar una temperatura cercana a los 140 ºC, y la circulación de este material por la barra de distribución suele ocasionar la obstrucción de las boquillas de los esparcidores, por lo cual necesitan estar constantemente calentados calentados con un soplete sople te auxiliar. - 77 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Posteriormente el camión imprimador descarga el asfalto en la superficie de la plataforma, a una tasa previamente establecida. El tiempo que demanda el trabajo preliminar de carga, el tiempo de descarga y el correspondiente a las maniobras se considera en un tiempo fijo, que tendrá un rango amplio de variación, de acuerdo a las características de cada obra. La producción del camión imprimador, en (m2) de superficie imprimada, será una función de la capacidad del tanque, de la tasa de aplicación por unidad de área, de la distancia a la que se encuentra el depósito y la planta de calentamiento de asfalto. Para el cálculo de producción, es conveniente utilizar un factor de eficiencia de 0,60, debido a que el trabajo del camión se realiza sobre las áreas liberadas para su aplicación con riego de asfalto, las que generalmente son menores que la capacidad de su tanque. De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad de los camiones imprimadores será la siguiente: Q
Donde:
60 C r E i T (1 h)
m 2 hra.
Q = productividad del camión imprimador en (m2/hra) C = capacidad del tanque del camión camión imprimador ([Litros) ([Litros) 2 i = tasa de aplicación del asfalto (Litros/ m ) T = tiempo de duración del ciclo de trabajo (minutos) (minutos) V = velocidad promedio de trabajo (m/min) r = resistencia a la rodadura E = factor de eficiencia del trabajo h = factor de corrección por altura s.n.m.
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones de carga del asfalto, en la descarga del asfalto por riego, en lo recorridos de ida y vuelta y en las maniobras de viraje. La duración del ciclo depende de la distancia de la planta a la obra (d ) en metros y de la velocidad promedio pr omedio del camión T
d
va
d v r
t
f
Donde: d = distancia de recorrido [m] [m] [m/min] va = velocidad de ida [m/min] = velocidad de retorno [m/min] [m/min] vr = tf = tiempo fijo = tiempo de carga + tiempo tiempo de descarga + maniobras (tf = 60 a 120 minutos)
EJEMPLO: En la tabla siguiente se muestra la producción de un camión distribuidor de asfalto en diferentes tipos de servicios: - 78 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Tabla 24. Valores Estimados para la Productividad Productividad de un Camión Distribuidor de Asfalto con una Capacidad de 6.000 lts Tipo de servicio Duración del Tasa de aplicación Producción Horaria ciclo [min] [Lts/M2] [M2/hora] Imprimación 100 1,2 1125 Riego de liga T.S.S. con CAP T.S.S. con emulsión T.S.D. con CAP T.S.D. con emulsión T.S.T. con CAP T.S.T. con emulsión *Fuente: Manual DNIT-Brasil
100 200 100 260 150 320 200
2.6
EQUIPO PARA PAVIMENTOS RIGIDOS
2.6.1
PLANTA DE HORMIGON (CONCRETO)
0,8 1,0 1,4 2,0 2,3 2,4 3,6
1687 830 965 337 343 236 230
Son instalaciones que se utilizan para la fabricación de volúmenes importantes de hormigón con un riguroso r iguroso control de calidad, en el proceso de dosificación y mezclado de los materiales que constituyen el concreto (cemento, áridos, agua y aditivos). Estas plantas están compuestas en su mayoría por los siguientes s iguientes elementos:
Cabina de control, su funcionamiento requiere la presencia de un solo operario por su grado de automatismo, automatismo, que permite al operario, mediante un panel de mando centralizado, dirigir y controlar todas las fases de dosificación. El panel de mando esta compuesto por una consola, desde la cual, mediante el uso de un software especial regula el ingreso de material, material, desde la dosificación dosificación hasta la obtención de la resistencia característica especificada.
Dosificadores de áridos o Tolvas, donde se almacenan los distintos distintos tipos de áridos se necesitan para la preparación del concreto, estas pueden estar estar formadas por de 2, 3 ó 4 unidades. Los áridos son vaciados, vaciados, de - 79 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
acuerdo a la dosificación, dosificación, por compuertas que ubican ubican en la parte inferior inferior de las tolvas, para ser llevadas a la mezcladora utilizando cintas transportadoras.
Bomba de agua, sirve para almacenar el agua que se utiliza en la mezcla, la cual está dotada de un flujómetro para controlar la cantidad de agua en litros. El agua fluye a través de mangueras hacia la mezcladora.
Silo de almacenamiento, es el lugar donde se conserva el cemento antes de llevarlo a la balanza.
Balanza de cemento, es el lugar donde llega el cemento para ser pesado antes de entrar al mezclador por medio de cintas transportadoras. Dado que el cemento es el elemento más caro en la elaboración del concreto, para mantener un costo rentable sin perdida de calidad, será necesario un riguroso control en la dosificación de este material, garantizando precisión y velocidad en las pesadas. - 80 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Mezclador, es un elemento donde llega el material ya dosificado para ser mezclado con el agua, este componente, está dotado de paletas en su interior, las cuales mezclan los materiales con movimientos rotativos. 2.6.1.1 PRODUCTIVIDAD DE LAS PLANTAS DE DE HORMIGÓN La productividad de las plantas de concreto de cemento Pórtland está definida por la capacidad teórica de la planta en (Toneladas/hora) establecida por el fabricante, la cual debe ser convertida a metros cúbicos/hora y corregida por un factor de eficiencia (E). El factor de conversión es igual al peso específico del hormigón vibrado f c = δHor.(c) Q
CE Hor ( c )
m 3 ( ) hra. c
Donde: Q = productividad de la planta planta de concreto concreto en (m3/hra) C = capacidad nominal de la planta en (Ton/ hora) f c = factor de conversión (f c = δHor(c)) (Ton/ m3) E = factor de eficiencia (E = 0,65 0,65 a 0,80) Para elegir el factor de eficiencia (E) se debe considerar el estado de funcionamiento y de conservación de la planta y la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentra encuentr a la obra. Para obtener realmente la productividad determinada con la fórmula anterior, el equipo complementario de carga (cargador frontal) que provee de agregados de los acopios a los buzones de la máquina, el de transporte (camiones hormigoneras) que se encarga de transportar el hormigón producido por la planta a la obra, y el equipo equ ipo de suministro de agua, deben tener una capacidad de producción igual o mayor al de la planta de hormigón.
- 81 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
2.6.2
PAVIMENTADORAS
La pavimentadora de concreto es una máquina proyectada especialmente para extender el concreto en capas de espesor uniforme, cuya superficie debe quedar homogénea y de contextura uniforme. Estas máquinas están provistas de una tolva, cuya capacidad es variable según los modelos. La tolva es alimentada por un camión volquete. El material material es descargado automáticamente automáticamente sobre sobre la capa base, con un flujo de alimentación alimentación que es proporcional a la velocidad de pavimentación.
2.6.2.1 PRODUCTIVIDAD DE LAS PAVIMENTADORAS DE HORMIGÓN La productividad de las pavimentadoras de concreto de cemento Pórtland depende de las dimensiones de la máquina, del espesor de las losas de hormigón, hor migón, de la distancia y velocidad de trabajo, de las condiciones de la obra, etc.. Q
Donde:
60 d e L e E T (1 h)
Q = Productividad de la pavimentadora en (m3/hra) d = distancia de trabajo recorrida por el equipo (metros) e = espesor de la carpeta (metros) (metros) - 82 -
m 3 hra.
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Le = ancho útil (metros) T = tiempo de duración del ciclo de trabajo (minutos) V = velocidad promedio de trabajo (m/min) E = factor de eficiencia del trabajo h = factor de corrección por altura s.n.m. VELOCIDAD DE TRABAJO En condiciones normales de pavimentación, para espesores de hormigón de 20 a 25 centímetros, la velocidad promedio de trabajo estará estará en el rango de V = 120 a 200 metros/hora.
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones de pavimentación y en las maniobras de carga del hormigón preparado. La duración du ración del ciclo depende de la longitud del tramo de trabajo (d) en metros y de la velocidad promedio de la máquina, además se incluirá un tiempo fijo que representa la demora ocasionada por el reaprovisionamiento de hormigón, por el montaje de los elementos de transferencia de cargas y por los ajustes en la cimbra deslizante del equipo pavimentador: T
d
v
t
f
d = distancia de trabajo trabajo (m) (m/min) v = velocidad de trabajo (m/min) tf = tiempo fijo (tf = 3 a 7 minutos)
2.6.3
CAMION MIXER
El camión mixer (conocido también como camión-hormigonera, camión mezclador y/o agitador), consiste en un camión equipado con una hormigonera. Debido a esta disposición, le es posible transportar hormigón premezclado al mismo tiempo que continúa su amasado. Es el método más seguro y más utilizado para transportar hormigón en trayectos largos, debido a que retarda el inicio del de l proceso de fraguado del hormigón. - 83 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
El mixer posee una capacidad que oscila entre 2 y 8 m 3 (actualmente hay equipos de mayor volumen), son más frecuentes los de capacidad mas cercana a 8 m 3.
2.6.3.1 DESCRIPCION Y FUNCIONAMIENTO DE UN CAMION MIXER similar:
Existen Camiones Mixer de diferentes marcas, modelos y tamaños, pero básicamente funcionan de manera
El motor del camión se encuentra trabajando entre 1.800 a 2.100 revoluciones por minuto. La bomba hidráulica situada en la parte delantera, toma de dicho motor la fuerza necesaria (a través de un cardan) para generar un caudal de aceite a una alta presión, la cual hace trabajar el motor hidráulico, generando en éste una energía de tipo rotacional a una cierta cantidad de revoluciones r evoluciones por minuto. El reductor planetario, reduce la cantidad de revoluciones en el motor motor hidráulico, transmitiendo finalmente finalmente al tambor una cantidad de 15 a 20 revoluciones por minuto. Los camiones agitadores y los mezcladores son prácticamente iguales en cuanto a modelo y sistema de funcionamiento, diferenciándose solamente en la configuración de las paletas helicoidales internas del tambor. La cuba amasadora dispone de paletas con una cierta inclinación y con “pestañas” de ataque, con el objeto de evitar que el hormigón pase de largo en el ciclo rotatorio del tambor, impulsándolo hacia abajo, como la paleta está levemente inclinada, el hormigón se mezclará uniformemente. uni formemente. Las cubas agitadoras, como no tienen la función de amasar, puesto que reciben la mezcla preparada, disponen de paletas helicoidales con poca o ninguna inclinación y sin “pestañas” de ataque, prácticamente lisas con
el objeto de permitir que el hormigón pase de largo, en la rotación del tambor, agitándose solamente a una velocidad de 2 a 6 revoluciones por minuto.
2.6.3.2 PARTES DE UN CAMION MIXER
CONJUNTO DE CARGA Y DESCARGA Construido en chapas de acero de alta resistencia de la misma calidad y espesor del tambor.
Dimensionado para una rápida carga y descarga. Posee un sistema de traba tipo “morsa” para
posicionamiento en cualquier ángulo de giro de la canaleta de descarga. Traba de seguridad para posicionamiento rápido y seguro durante el transporte. Sistema de levantamiento de la canaleta de descarga por medio de un robusto y eficiente tornillo mecánico de accionamiento manual. Canaletas de fondo plano que tienen una vida útil más prolongada.
TAMBOR
El tambor es uno de los componentes que más sufre la acción de la abrasión y corrosión. Existen chapas con certificados de análisis químico y ensayos mecánicos. Estas chapas poseen como característica principal una alta resistencia a la abrasión, corrosión y fatiga. La soldadura es hecha externa e internamente por máquinas semi-automáticas, garantizando un perfecto acabado y gran gr an resistencia mecánica.
TANQUE DE AGUA
Presurizado por el propio sistema de aire del camión. Protegido Protegido por dos válvulas de alivio reguladas a una presión menor que la válvula del camión. Construido de acuerdo a las normas de seguridad para vasos de presión, con una capacidad de 650 litros (100% utilizable). La chapa utilizada en la fabricación del tanque tiene la misma calidad del tambor. - 84 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
COMANDO TRASERO
El comando de la hormigonera podrá ser mecánico o electrónico. El comando de acción mecánica es de concepto simple, robusto y seguro. Posee 3 palancas, siendo una de traba, la segunda para el control de la rotación del motor diesel y la tercera para la bomba hidráulica.
2.6.3.3 PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES HORMIGONEROS El trabajo del camión hormigonero se inicia con el cargado del concreto preparado en planta, posteriormente el camión traslada esta material hasta la obra, donde realizará realizar á el trabajo de descarga en forma directa a la superficie de la vía, o mediante el uso de una bomba de hormigón, finalmente el camión retorna a la planta de producción, para iniciar un nuevo ciclo de trabajo. La productividad del camión hormigonero dependerá de su capacidad, de la distancia a la que se encuentra la planta de concreto, de la velocidad que puede imprimir y del tiempo que se demora en las operaciones de carga y descarga. Los tiempos que demandan las operaciones de carga, de descarga y las maniobras de viraje se consideran en un tiempo fijo, ya que no tendrán variaciones significativas significativas en la ejecución ejecución de una obra. De acuerdo a las consideraciones anteriores, la productividad de los camiones hormigoneros será la siguiente: Q
m 3 hra.
60 C r E T (1 h)
Donde: Q = productividad del camión camión imprimador en (m3/hra) C = capacidad del camión camión hormigonero (m3) T = tiempo de duración del ciclo de trabajo (minutos) ( minutos) V = velocidad promedio de trabajo (m/min) E = factor de eficiencia del trabajo r = resistencia a la rodadura h = factor de corrección por altura s.n.m.
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones de carga y descarga del hormigón, en lo recorridos de ida y vuelta y en las maniobras de viraje. La duración del ciclo depende de la distancia de la planta a la obra obr a (d) en metros y de la velocidad promedio del camión: T
Donde:
d
va
d v r
t f
d = distancia de recorrido (m) va = velocidad de ida (m/min) (m/min) vr = = velocidad de retorno (m/min) (m/min) tf = tiempo fijo = tiempo de carga carga + tiempo de descarga + maniobras (tf = 5 a 10 minutos) - 85 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
CAPITULO CAPITULO III COSTO DE OPERACIÓN DEL EQUIPO 3.1 CONSIDERACIONES GENERALES Por las caracteristicas inherentes a la actividad construcutora, la maquinaria tiene una vida económica relativamente baja, en virtud a que desempeña sus funciones bajo condiciones adversas, rudas y “a cielo abierto”,
los costos de operación de las máquinas representan un gran porcentaje del costo total de las obras, por ese motivo su cálculo tiene vital importancia. El éxito o fracaso de un contrato de construcción depende virtualmente de los costos del equipo, una evaluación adecuada garantizará la obtención de ganancias evitando perdidas a la empresa. El costo de posesión y operación para una misma máquina varia en un amplio rango, debido a que está afectado por muchos factores, por ejemplo el tipo de obra, las condiciones de trabajo, los precios locales de combustible y lubricantes, las tasas de interes, las condiciones de mantenimiento y el costo de la mano de obra; por este motivo no es aconcejable calcular costos en base a modelos preestablecidos, sin realizar previamente una adecuación a las caracteristicas y condiciones particulares de cada obra. obr a. Para considerar la maquinaria como parte del costo directo de una unidad de obra, previamente se calcula el denominado costo horario de operación, para este fin existen diversos criterios, que han dado lugar a modelos de planillas de cálculo diferentes; sin embargo todas ellas consideran los mismos conceptos de gasto, diferenciandose unicamente en la forma y presentación de su cálculo.
VIDA ÚTIL DEL EQUIPO En toda máquina, tanto durante los tiempos de utilización, como durante los períodos en que se encuentra ociosa, sus diversas partes y mecanismos sufren desgaste, por lo que con cierta frecuencia en periodos predeterminados dichas partes deben ser reparadas o sustituidas, para que la máquina esté constantemente habilitada para trabajar y producir con eficiencia y economía. Sin embargo, con el transcurso del tiempo, irremediablemente toda máquina llega a encontrarse en un estado tal de desgaste y deterioro, que su posesión y trabajo en vez de constituir un bien de producción, significan un gravamen para su propietario, lo cual ocurrirá cuando los gastos que se requieren para que la máquina funcione excedan a los rendimientos r endimientos económicos obtenidos con su trabajo. - 86 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
La vida útil de una máquina depende de múltiples factores, como ser: calidad de fabricación, condiciones de trabajo, severidad de los agentes atmosféricos, habilidad del operador, prácticas de mantenimiento etc.
VIDA ECONÓMICA DEL EQUIPO Se entiende por vida económica de una máquina, el período durante el cual puede ésta operar en forma eficiente, produciendo réditos económicos a su propietario, en condiciones adecuadas de operación y mantenimiento. Mediante un registro detallado de los costos de operación y mantenimiento, es posible determinar el periodo, después del cual, los costos por hora de operación, que sufren un incremento constante con el transcurso del tiempo de trabajo, trabajo, alcanzan un monto que supera el. costo promedio promedio aceptable para esa máquina, lo que significa que el costo horario de operación es superior al rédito económico generado por su productividad. En este momento la máquina habrá llegado al fin de su vida económica.
- 87 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
3.2
CONCEPTOS QUE INTERVIENEN EN EL COSTO HORARIO DE OPERACIÓN
a) PRECIO DE ADQUISICIÓN: Es el costo total del equipo, incluyendo transporte, seguros, impuestos, etc, hasta llegar al depósito central del propietario.
b) VALOR RESIDUAL: Es el valor que conserva conserva la máquina al término de su vida útil, es el precio al que puede ser revendida. Se expresa como un porcentaje del costo de adquisición, dependiendo de la política de cada empresa este porcentaje puede variar del 10% al 30% e incluso tener un valor cero.
- 88 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
DEPRECIACION
INVERSION
COSTOS FIJOS
SEGURO
MANTENIMIENTO
COSTO HORARIO
COMBUSTIBLE
LUBRICANTES
COSTOS POR CONSUMO
LLANTAS
COSTOS DE OPERACIÓN
MANO DE OBRA
c) COSTOS FIJOS: Representa el costo costo de maquinaria por concepto de la propiedad de la misma misma y su mantenimiento en condiciones de trabajo, este rubro está compuesto por los cargos de depreciación e inversión, ambos constituyen la reserva requerida para reemplazar el equipo al término de su vida útil. Su erogación se considera incluso cuando el equipo está parado.
Depreciación: Es el cargo que resulta de la disminución del valor original de la maquinaria, como consecuencia de su desgaste normal por uso y por el tiempo transcurrido; en ausencia de procesos inflacionarios, la sola reserva de depreciación permitirá reemplazar el equipo al término de su vida útil. Para facilitar su cálculo generalmente se considera una depreciación lineal, es decir que el equipo se deprecia una misma cantidad por unidad de tiempo.
- 89 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
D
Va
Vr
Ve
donde : "Va" = Precio de adquisición ción de la máquina menos el costo costo de llantas, mangueras o bandas bandas de acuerdo al equipo analizado. "Vr" = Valor residual de la máquina. "Ve" = Vida útil de la máquina expresada en horas efectiva e fectivass de trabajo.
Inversión: Es el costo o interés del dinero invertido en la compra de la máquina, ya sea con recursos propios o créditos bancarios, este elemento es de mucha importancia debido a las altas tasas financieras.
Seguro: Es el cargo que cubre los riesgos a que está sujeta la maquinaria durante su vida útil, este cargo forma parte del precio unitario, ya sea que la maquinaria se asegure por una compañía de seguros o que la empresa decida hacer frente a los posibles riesgos con sus propios recursos.
d) COSTOS DE FUNCIONAMIENTO: Son los gastos por concepto de los materiales necesarios para el funcionamiento de la máquina, como ser combustible, lubricantes, cantes, repuestos, llantas, mano de obra y otros.
Mantenimiento: Es el originado por todas las erogaciones erogaciones necesarias necesarias para conservar la maquinaria maquinaria en buenas condiciones de trabajo durante su vida útil; incluye el mantenimiento mayor y menor. Mantenimiento mayor se refiere a las reposiciones de partes y reparaciones de la maquinaria en talleres especializados, o aquellas que se realizan en el campo empleando personal personal especializado y que requiere retirar el equipo de los frentes de trabajo; Su costo incluye la mano de obra, repuestos y renovaciones de partes de la maquinaria. Mantenimiento menor representan los ajustes rutinarios, pequeñas reparaciones y cambios de repuestos que se efectúan en la obra. El costo de mantenimiento se va incrementando gradualmente a medida que envejece el equipo, tendrá un valor diferente para cada etapa de su vida útil, por lo cual este costo debería reajustarse constantemente constantemente de acuerdo al estado de la máquina. Para facilitar su cálculo la mayoría de los propietarios prefieren utilizar un costo de reparación promedio, como su valor es inicialmente bajo y se va elevando con el transcurso del tiempo el promediarlos produce un excedente al principio, que se puede reservar para compensar el costo posterior más alto. gasolina utilizado para el funcionamiento funcionamiento de los motores. el cargo Combustible: corresponde al costo de diesel o gasolina por combustible se obtendrá multiplicando los litros consumidos por hora de trabajo por el costo unitario del combustible
Lubricantes: se refieren a l costo de aceites lubricantes que utiliza el equipo en cada hora de trabajo, el mismo depende de la capacidad de sus recipientes interiores y los tiempos transcurridos entre cambios sucesivos de cada tipo de aceite, - 90 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
además de las pérdidas por la evaporación originada por el calentamiento de la máquina. que resulta de la disminución del valor original de la maquinaria, como consecuencia de su uso y del tiempo transcurrido.
Llantas, bandas o mangueras: cuando algún elemento de la máquina se desgasta con mayor rapidez que el equipo en sí, como las llantas en los vehículos, las bandas en las plantas de trituración y las mangueras de las bombas, su incidencia en el costo horario de operación se incluye en el costo de funcionamiento, por este motivo al calcular la depreciación de la máquina deberá deducirse de su valor inicial. Su costo por hora se obtendrá dividiendo el precio de las llantas, bandas o mangueras entre su vida útil en horas.
Mano de obra: Representa el pago de los salarios al personal encargado de la operación de la máquina, su incidencia por hora de trabajo se calcula dividiendo el sueldo mensual entre la horas efectivamente efectivamente trabajadas por mes.
3.3. PLANILLAS UTILIZADAS PARA EL CALCULO CALCULO DEL COSTO DE DE OPERACIÓN : 3.3.1. Planilla propuesta propuesta por el Ing. Leopoldo Varela (asesor de costos de la O.A.C.I.) Esta planilla divide el costo de operación en tres componentes : cargos fijos, consumo y operación. inversión, seguro y mantenimiento a) CARGOS FIJOS: depreciación, inversión, Va
Depreciación
D
Inversión
I
Seguro
S
Mantenimiento Mantenimiento
T = Q* D
Vr
Ve
(Va
Vr ) i
2H a (Va
Vr ) s
2H a
donde : Va = Precio de adquisición menos el precio pre cio de las llantas, mangueras o bandas b andas Vr =
Valor residual de la máquina
Ve =
Vida útil de la máquina en horas - 91 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Ha =
Horas trabajas por año.
i=
Tasa de interés anual expresada en decimales
s=
Prima anual de seguro expresada en decimales
Q=
Coeficiente de mantenimiento (según la máquina y las características características de la obra)
D=
Depreciación
Tabla 25. Coeficiente de mantenimiento
EQU1P0
“Q"
Tractores de orugas, cargadores frontales, moto traíllas
0.50 a 0.90
Motoniveladoras, excavadoras, tractores agrícolas, camiones aguateros
0.35 a 0.75
Volquetas
0.45 a 0.85
Compresoras
0.35 a 0.75
Compactadores vibratorios, compactadores neumáticos
0.40 a 0.80
Plantas de trituración, plantas de asfalto
0.25 a 0.45
Carro imprimador, distribuidor de agregados, escoba mecánica
0.25 a 0.45
Mezcladoras de Hormigón, vibradoras, martillos neumáticos
0.30 a 0.70
*Fuente: Texto guía “Maquinaria y Equipo de Construcción” Ing. Jaime Ayllon
b) CARGOS POR CONSUMOS: Combustible, lubricantes, llantas (bandas o mangueras) Combustible
e
Lubricantes
AI
c Pc
(al c) pl
Llantas (bandas o mangueras)
n
Vn
hv
Donde: c = cantidad de combustible consumida por hora trabajo Pc = Precio unitario unitario del combustible - 92 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
al = Cantidad de lubricantes utilizados por hora de trabajo Pl = Precio de los lubricantes. c = Pérdida por evaporación entre cambios sucesivos sucesivos Vn = Precio de adquisición de las llantas hv = Vida útil de las llantas en horas (su valor depende de las condiciones de trabajo)
c) CARGOS POR OPERACIÓN: salarios del Operador y del Ayudante
Costo del Operador
Co
So H
donde : So = salario mensual del Operador Sa = salario mensual del Ayudante H = horas efectivas vas trabajadas por por mes
3.2. PLANILLA DE CALCULO DEL MANUAL CATERPILLAR Esta planilla divide el costo unitario de operación en tres componentes: costo de posesión, costo de operación y costo de la mano de obra.
a) Costo de posesión: Está formado por la depreciación, el interés y el seguro. Depreciación
D
Inversión
I
Seguro
Va
Vr
Ve
S
V a ( n
Va (n 1 r ) i 2nHa
1r ) s
2 n H a
n = Vida útil en años
b) Costo de Operación: O peración: Está compuesto por los siguientes conceptos: Combustible - 93 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Lubricantes Filtros Neumáticos Tren de rodaje Reserva para reparaciones Elementos de desgaste especial os filtros que utiliza la maquina, en un lapso de tiempo Costo Horario de Filtros: Para su cálculo se consideran todos los de dos mil horas, en función de los periodos de cambio establecidos para cada elemento. El número de filtros utilizados en dos mil horas se multiplica por su precio unitario, el monto total obtenido mediante la suma de estos valores se divide entre dos mil para determinar el costo horario.
Ejemplo Costo horario de filtros de un cargador frontal CAT 966
Intervalos de cambio (Hrs)
Nº Filtros
Filtros
Costo $us
Subtotal $us
14,6
Nº Filtros usados en 2000 Hrs 8
Motor
250
1
Transmisión
500
1
15,6
4
62,40
Hidráulico
500
2
15,6
8
124,80
Primario
2000
1
11,1
1
11,10
Secundario
500
1
11,1
4
44,40
Primario
2000
1
56,6
1
56,60
Secundario
1000
1
53,4
2
106,80 106,80
116,80
COMBUSTIBLE
AIRE
COSTO TOTAL
$us
522,90
Costo de filtros por hora = 522,90 / 2000 = 0,261 $us $ us Costo Horario del Tren de Rodaje: Según esta planilla, el desgaste desgaste del tren de rodaje rodaje debe tener una previsión sión adicional a la reserva para mantenimiento, por tener tener un desgaste más acelerado que el resto de la máquina, lo cual determina una reposición periódica. - 94 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Para evaluar este costo, el Manual de Rendimientos Caterpillar proporciona factores básicos de costo y multiplicadores de condiciones, para sus máquinas montadas sobre orugas
Tabla 26. Costo horario del tren de rodaje
FACTORES BASICOS DEL TREN DE RODAJE EQUIPO 5230 D11R 5130B D10R D9R D8R 973, 589, D7R LGP D7R, 963C, 583R, D6R LGP, D7R XR 375, 5080 D6R, 953C, 572R, D6M LGP, D6R XL, D6R XR 365B 345B Serie II D5M LGP, D6 SR, D6M XL, 517, 527 330B D3C (All), D4C (All), D5C (All), 933 (All), 939, 561M 325B 315B, 317B, 318B L, 322B D4 SR, 320C 307B, 311B, 312B *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
VALORACION ALTO
MULTIPLICADORES DE CONDICIONES IMPACTO ABRASION 0.3 0.4 - 95 -
FACTOR BASICO $us 19,0 17,0 15,0 12,5 10,0 8,5 9,0 8,0 6,4 6,2 6,1 5,3 5,0 4,4 3,7 3,4 3,0 2,5 2,2
“Z”
1.0
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
MODERADO 0.2 0.2 BAJO 0.1 0.1 *Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
0.5 0.2
IMPACTO: Se refiere al deterioro que producen los materiales de la superficie de la rodadura. Se considera: ALTO para superficies duras e impenetrables con protuberancias de 15 cm ó más. MODERADO para superficies parcialmente parcialmente penetrables con protuberancias de 7,5 a 15 cm. BAJO para superficies totalmente penetrables y de pocas protuberancias. d esgaste de los componentes de las cadenas sometidos a fricción. ABRASIÓN: Es la propiedad del suelo que produce el desgaste ALTO para suelos muy húmedos que tengan un alto porcentaje de arena o partículas cortantes. MODERADO para suelos ligeramente húmedos que tengan un menor porcentaje de arena o partículas cortantes. BAJO para suelos secos o rocas con un porcentaje bajo de arena o partículas cortantes. FACTOR “Z”: Representa los efectos combinados de muchas condiciones relativas al ambiente (temperatura y
humedad), composición composición química del suelo, los hábitos del operador, la frecuencia y normas de mantenimiento, mantenimiento, etc.
Reserva para Reparaciones: El Manual Caterpillar ofrece gráficos para estimar el costo de mantenimiento, que se pueden utilizar si no se tiene una información más precisa para la evaluación de este costo. El valor obtenido del gráfico se multiplica multiplica por el multiplicador de vida útil que corresponda, corr esponda, de acuerdo a la vida útil en horas prevista para la máquina. Las barras que corresponden a cada máquina representan las condiciones de operación, el extremo “A” condiciones de baja severidad, el extremo “C” condiciones de operación muy exigentes, y el sector medio “B” condiciones de
trabajo promedio:
Elementos Elementos de Desgaste Especial: Las partes que se desgastan con mayor rapidez que el resto de la máquina, también se consideran en forma adicional a la reserva para reparaciones, tal el caso de las cuchillas de las hojas topadoras, los dientes de los cucharones de excavadoras, etc. En este caso su incidencia en el costo de operación se calcula dividiendo el precio del elemento entre su vida útil en horas.
c. Costo de la mano de Obra : Representa el salario mensual del Operador, dividido entre las horas efectivas trabajadas durante el mes. - 96 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
3.3. PLANILLA DEL MANUAL KOMATSU Esta planilla divide el costo unitario de operación en dos d os componentes: costo de posesión y costo de operación
a) Costo de posesión: Está formado por la depreciación, d epreciación, el interés y el seguro.
Depreciación
Inversión + Seguro
D
Va
Vr
Ve
I S
f 1
f (i s) V t H a (n 1) (1 r )
r
V r
V a
2n
Vt: costo total de la máquina
b) Costo de Operación: O peración: está compuesto por los siguientes conceptos: Combustible Lubricantes Filtros Neumáticos Elementos de desgaste especial Reserva para reparaciones Salario del Operador
Costo Horario de Filtros : Esta Planilla considera que el costo de filtros es igual al 50 % del costo de todos los lubricantes que consume consume la máquina en una hora de trabajo.
- 97 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Reserva para Reparaciones: El Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU ofrece gráficos similares al Manual Caterpillar, para estimar el costo de mantenimiento. El valor obtenido del gráfico se multiplica por el multiplicador de vida útil que corresponda.
Elementos Elementos de Desgaste Especial: Las partes del equipo que se desgastan con mayor rapidez que el resto también se consideran en forma adicional a la reserva para reparaciones, tal el caso de las cuchillas de las hojas topadoras, los dientes de los cucharones de excavadoras, puntas y espigas de los escarificadores, etc.
c) Salario del Operador : Se considera el porcentaje del salario que corresponde a una hora de trabajo, vale decir sueldo mensual dividido entre las horas trabajadas por mes.
3.4
PLANILLA BASADA EN EN LOS CRITERIOS DEL DEPARTAMENTO NACIONAL DE CAMINOS DEL MINISTERIO DE TRANSPORTES DEL BRASIL
La Dirección Nacional de Carreteras del Ministerio de Transportes de la República del Brasil, con el fin de uniformar los criterios utilizados utilizados en el cálculo de costos horarios de operación op eración en la presentación de propuestas para obras licitadas l icitadas por el estado, utilizando los conceptos que contienen las planillas anteriormente descritas, y la experiencia acumulada por esta importante Institución, presenta una planilla electrónica de fácil uso, donde se calcula el costo horario de operación de todas las máquinas previstas para la ejecución de obra. o bra. Una de las cualidades de esta planilla es la facilidad con que se determina el costo de los materiales de operación, en base a rangos de consumos establecidos en función de la potencia del motor, los cuales multiplicados por el precio unitario del combustible dan como resultado el costo total de materiales de operación, vale decir combustible, lubricantes, grasa y filtros. Esta planilla incluye en su composición composición los siguientes s iguientes conceptos:
a) Depreciación e intereses D I P
1 H a
b) Mantenimiento
(V V ) i V i ( 1 ) 1 i t
t
r
n
M
V t k n H a
Vr = Valor residual de la máquina Vt = Costo total de la máquina - 98 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Ha = Horas trabajas por año. i = Tasa de interés anual anual expresada expresada en decimales decimales n = Vida útil en años k = Coeficiente de proporcionalida proporcionalidadd (Varía según la máquina) Tabla 27. Valores del coeficiente de proporcionalidad
EQUIPO
K
Tractor Dozer, cargador frontal, mototrailla
1,00
Volquetes
1,00
Motoniveladora, Motoniveladora, Excavadoras, camión aguatero,
0,80
Tractor de neumáticos, compresoras
0,80
Equipo de compactación compactación
0,90
Planta de asfalto, plantas de trituración
0,90
Carro imprimador, terminadora de carpetas
0,90
Distribuidor de agregados, escoba mecánica
0,50
Perforadora manual, hormigonera, vibrador
0,50
c) Costo de los materiales de operación: Se considera los siguientes si guientes conceptos: Combustible Lubricantes Grasa Filtros 1º Premisas para calcular el costo aproximado aproximado de materiales de funcionamiento para equipos con motor diesel: -
Se establece un precio promedio único para todos los tipos de lubricantes
-
El costo de 1 Kg de grasa es equivalente al de 1 litro de lubricante.
-
El precio promedio del lubricante es 4 veces el precio del diesel.
-
El gasto horario de filtros corresponde al 50 % del costo total de lubricantes.
2º- Consumos aproximados de diesel y lubricantes, por cada HP de potencia del motor, para condiciones de trabajo promedio: Diesel
0,15 Lt / HP
Lubricantes
0,002 Lt / HP
Grasa
0,001 Kg / HP
3º Relacionando los consumos promedio de materiales con el precio unitario del diesel, se obtiene un factor de costo por HP de potencia: - 99 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
Diesel
0,15
Lubricantes
0,002 x 4
0,008
Filtros
0,002 x 2
0,004
Grasa
0,001 x 4
0,004
Factor de costo de materiales
0,166
Costo Horario de Materiales =
Mat = 0,166 x HP x Cdiesel
c) Costo de la Mano de Obra : Para obtener un valor horario que refleje el tiempo que realmente se trabaja por mes es necesario considerar, derar, de acuerdo a la legislación laboral vigente, los días efectivamente efectivamente laborables que tiene el año: Días que no se trabajan en el año Domingos
52
Feriados por Ley
10
Vacación anual
15
Bajas por enfermedad
10
Días de lluvia
8
Total días no trabajados
95
Nº de días trabajados trabajados al mes = (365 – 95) / 12 = 22,5
Nº de Horas Horas trabajadas trabajadas al mes = 22,5 x 8 = 180 De acuerdo a lo anterior el costo horario de la mano de obra será se rá el salario mensual del Operador dividido entre 180.
4.
ELECCIÓN DEL MODELO DE PLANILLA:
Analizando comparativamente vamente los resultados que se obtienen ob tienen con los cuatro modelos de planillas, se puede p uede observar las diferencias siguientes: -
los modelos correspondientes a los Manuales Caterpillar y Komatsu incorporan una mayor cantidad de elementos en el análisis del costo horario, como ser la reposición de filtros, tren de rodaje, partes de desgaste especial, etc., adicionalmente al cargo de mantenimiento. Por esta razón el resultado obtenido ha de ser mayor a los obtenidos utilizando las otras planillas. Además su uso es recomendado específicamente para máquinas de la fábrica correspondiente, debido a que su utilización requiere de la información contenida en su manual. - 100 -
MAQUINARIA PESADA (MQ-542)
-
La planilla propuesta por el Ing. Varela, tiene el aval de su experiencia en diferentes obras aeroportuarias de Latino América, como Asesor de Costos de la Organización de Aviación Civil Internacional. Internacional. Por su sencillez y la necesidad de muy poca información es de fácil aplicación y su uso abarca a equipos de todas las marcas.
-
La planilla elaborada en base a los criterios que utiliza la Secretaría de Transportes del Brasil, se convierte en una planilla electrónica de fácil y amplia utilización, para todo tipo y marca de equipos; la única información que se requiere es la potencia del motor y el precio unitario del diesel. Por sus características esta planilla es la más recomendada, ya que se adecúa mejor a las condiciones particulares de nuestro medio, especialmente en los componentes del costo de mantenimiento y de los materiales de operación.
El costo horario de operación obtenido con cualquiera de las planillas descritas anteriormente, representa el costo neto de operación, sin incluir gastos generales, utilidad ni impuestos.
BIBLIOGRAFIA
TEXTO GUIA “MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION”
MANUAL DE ESPECIFICACIONES Y APLICACIONES KOMATSU
MANUAL DE RENDIMIENTOS CATERPILLAR
MANUAL DEL INGENIERO CIVIL FREDERICK S. MERRITT
ATLAS COPCO
MANUAL DNIT-BRASIL DNIT -BRASIL
UEE – FANEXA S.A.M.
ING. JAIME AYLLON ACOSTA
- 101 -