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Instituto Tecnológico de Oaxaca

Departamento de Ciencias de la Tierra Maquinaria Pesada y Movimiento de Tierras

UNIDAD III RENDIMIENTOS DE LA MAQUINARIA PESADA

Juventino Pablo Jiménez González

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III

RENDIMIENTO DE LA MAQUINARIA PESADA. III.1. Tractor. III.1.1. Calculo del rendimiento de los tractores con cuchilla. III.1.2. Utilización de los dozers. III.1.3. Desgarrador o escarificador. III.1.3.1. Punta de los desgarradores. III.2. Motoescrepas. III.2.1. Procedimientos para él calculo de la producción. III.3. Cargadores frontales. III.3.1. Produccion. III.4. Equipo de acarreo. III.4.1. Rendimiento del equipo de transporte. III.4.2. Determinación del numero de unidades de acarreo. III.5. Motoconformadoras. III.5.1. Calculo del rendimiento. III.6. Equipo de compactación. III.6.1. Rendimientos de los compactadores.


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CONCEPTO DE EFICIENCIA Al analizar "Procedimientos de Construcción", tratamos de contestar con la mayor precisión cuánto tiempo, qué maquinaria y personal se requiere para realizar una operación determinada dentro de la calidad específica y al menor costo posible. El grado del éxito en el cumplimiento de programas y en el aspecto económico que pueda alcanzarse depende de la capacidad de poder predecir de la manera más precisa las diferentes variables y condiciones que se presentan durante la construcción y que originan los tiempo perdidos o demoras. Existen causas y riesgos que deben valorarse antes que el proyecto pueda ser analizado en su perspectiva total, tales como: problemas de clima, avenidas, daños físicos y descomposturas en la planta general de construcción, disponibilidad de equipo, personal, materiales y financiamiento, etc. La evaluación de tales variables es un asunto de experiencia aunada a la investigación de toda la información disponible. No basta con el estudio de los planos y especificaciones, es fundamental también examinar los factores locales y condiciones físicas del sitio, los cuales influyen en la mejor manera de llevar a cabo el trabajo y en los resultados que se obtengan en los rendimientos del equipo, así como costos y tiempo de ejecución. Las demoras motivadas por numerosas causas y el efecto acumulado de ellas en el rendimiento del equipo, se manifiestan a través de los coeficientes de eficiencia, que son multiplicadores que sirven para reducir los rendimientos ideales o máximos del equipo, dados por los fabricantes, calculados u obtenidos por observaciones anteriores, dentro de condiciones más o menos óptimas. Los factores que afectan la eficiencia en el rendimiento de equipo de construcción pueden reunirse en los grupos siguientes: I) Demora de rutina.- Son todos aquellos factores que se derivan de las demoras inevitables del equipo, independientemente de las condiciones propias al sitio de la obra, organización, dirección u otros elementos. Ningún equipo mecánico puede trabajar continuamente a su capacidad máxima. Además, son importantes, los tiempos en que es abastecida la unidad con lubricantes y combustibles, y por otra parte, la necesidad que hay, sobre la marcha, de efectuar revisiones a elementos, como tornillos, bandas, cables, arreglo de llantas, etc.; lo que significa paros ó disminuciones en el ritmo de trabajo. Por otro lado, interviene el factor humano, representado por el operador de la máquina, en relación a su habilidad, experiencia y a la fatiga inevitable después de varias horas de actividad. II) Restricciones en la operación mecánica óptima.- Estas originan un efecto reductor en el rendimiento, debido exclusivamente a limitaciones en la operación mecánica óptima de los equipos. Se refiere a casos como el ángulo de giro, a la altura o la profundidad de corte, las pendientes de ataque, coeficientes de rodamiento, etc.


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III) Las condiciones del sitio.- Se refiere a las condiciones propias del lugar en que está enclavada la obra y el punto o frente concreto donde operan las unidades. Se producirían ciertas pérdidas de tiempo, por las condiciones en el sitio, como son: a) Condiciones físicas.- La Topografía y Geología, las características geotécnicas del suelo y rocas, las condiciones hidráulicas superficiales y subterráneas, el control de filtraciones, etc. b) Condiciones del Clima.- Temperatura máxima y media, heladas, precipitaciones lluvia media anual, su distribución mensual y diaria, su intensidad, efecto en el sitio de trabajo y en los caminos; estaciones del año, días soleados, etc. c) Condiciones de Aislamiento.- Vías de comunicación disponibles para abastecimiento, distancia de centros urbanos o industriales, para obtener personal y abastecer de materiales a la obra, cercana a otras fuentes de trabajo que puedan competir en la ocupación del personal en algunas ramas especializadas. d) Condiciones de adaptación.- Grado de adaptación del equipo de trabajo, para sortear las causas agrupadas en las condiciones anteriores, características de la obra o de sus componentes derivados del proyecto que tiendan a disminuir la producción y los rendimientos del equipo, conexión de dependencia y posibilidades de balanceo entre máquinas. IV) Por la Dirección y Supervisión.- Es el grupo de factores procedentes de la planeación, organización y operación de la obra, llevadas a cabo por la organización constructora. El conocimiento y experiencia del responsable de planear la construcción en una obra, juega un papel decisivo en el grado de eficiencia que se obtenga del conjunto y de cada operación, por lo que a la producción y al rendimiento de equipo se refiere. Por otra parte, el grado de vigilancia y conservación de la maquinaria, el suministro de materiales y personal, el apoyo de las operaciones de campo por servicios auxiliares adecuados, así como talleres; explican las diferencias observadas en los rendimientos del equipo. V) Por la actuación del contratante.- En términos generales se puede afirmar, con base en una experiencia bien conocida de los constructores, que la actuación del organismo contratante de una construcción, influye indiscutiblemente en la economía general de la misma y por lo tanto, en los rendimientos que puedan lograrse de la maquinaria utilizada. Las causas o factores que pueden afectar la eficiencia del rendimiento en el equipo, por lo que al contratante se refiere, se estima que pueden resumirse de la siguiente forma:


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- Por la oportunidad en el suministro de planos, especificaciones y datos de campo. - Por el pago puntual de las estimaciones de obra. Es algo bien conocido, el efecto benéfico que en la eficiencia general de la obra, tiene este aspecto. - Por el tipo de Ingeniero residente o la supervisión en su caso. La influencia de esto, como factor de eficiencia, tiene varios aspectos que se expondrán a continuación. El valor fundamental del Ingeniero residente o la Supervisora en que cualquier proyecto de construcción, estriba en su disponibilidad, y permanencia en el sitio de la obra para dirigir al contratista, satisfacer las preocupaciones de las autoridades I.2 METODO DE EVALUACIÓN PARA CONOCER EL RENDIMIENTO DE LA MAQUINARIA DE CONSTRUCCION. El rendimiento es la cantidad de obra que realiza una máquina en una unidad de tiempo. El rendimiento teórico aproximado se puede valorar de las siguientes formas: a) Por observación directa b) .Por medio de reglas o fórmulas c) Por medio de tablas proporcionadas por el fabricante a) Cálculo del rendimiento de una máquina por medio de observación directa.- La obtención de los rendimientos por observación directa es la medición física de los volúmenes de los materiales movidos por la máquina, durante la unidad horaria de trabajo. b) Cálculo del rendimiento de una máquina por medio de reglas y fórmulas.- El rendimiento aproximado de una máquina por este método puede estimarse del modo siguiente: Se calcula la cantidad de material que mueve la máquina en cada ciclo y ésta se multiplica por el número de ciclos por hora. De ésta forma se obtiene el rendimiento diario. M3 x hora = (m3/ciclo) X (ciclo hora) La cantidad del material que mueve la máquina en cada ciclo es la capacidad nominal de la máquina afectada por factores de corrección, expresado en porcentaje, que depende del tipo de material. . m3/ciclo = Capacidad nominal de la máquina X factor de corrección.


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El factor de corrección se puede determinar empíricamente para cada caso en particular, o sea, por medio de mediciones físicas ó tomarse los manuales de fabricantes. c) Cálculo del rendimiento por medio de tablas proporcionadas por Los fabricantes de equipos cuentan con manuales donde rendimientos teóricos de las máquinas que producen para condiciones de trabajo. Los datos se basan en pruebas de campo, computadora, investigaciones en laboratorio, experiencia, etc.

el fabricante.justifican los determinadas simulación en

Debe de tomarse en cuenta sin embargo, que todos los datos se basan en un 100% de eficiencia, algo que no es posible conseguir ni aún en condiciones óptimas en obra. Esto significa, que al utilizar los datos de producción es necesario rectificar los resultados que se obtienen por los métodos anteriores mediante factores adecuados a fin de determinar el menor grado de producción alcanzada, ya sea por las características del material, la habilidad del operador, la altitud y otro número de factores que pueden reducir la producción de un determinado trabajo. I.3 MATERIALES Y FACTORES VOLUMETRICOS DE CONVERSION. En los. Movimientos de tierra y roca, la consistencia y dureza de los diferentes materiales determina: - El método de trabajo a adoptar - El tipo de máquina a emplear - El rendimiento de las máquinas elegidas y por consiguiente el costo. La naturaleza del terreno influye considerablemente en la excavación, carga, transporte y descarga. Influye también en la forma que se le dará a las obras como consecuencia de la estabilidad de los taludes. Según sus posibilidades de extracción se distinguen dos categorías de terrenos sueltos, los que se pueden extraer directamente por medios manuales o .mecánicos (material I y II) Y terrenos rocosos, (material nI), los que requieren una disgregación previa a su extracción generalmente por medio de explosivos. 1.- TERRENOS SUELTOS. a) Terrenos ligeros: tierra vegetal seca, arena seca, grava fina. b) Terrenos Ordinarios: tierra vegetal húmeda, tierra mezclada con arena, arena húmeda, arena arcillosa compacta, grava fina arcillosa compacta, grava gruesa, turba.


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c) Terrenos pesados: arcilla húmeda, marga compacta, aglomerados disgregados. d) Terrenos muy pesados: arcilla húmeda marga compacta, aglomerados consistentes, gneis blando, pizarra, piedras calizas resquebrajadas, rocas descompuestas. Estos terrenos son tanto más difíciles de extraer cuando más agua y arcilla contienen (terrenos adherentes). 2.- TERRENOS ROCOSOS. a) Rocas Blandas: caliza, blanda, creta, gneis, pizarra compacta, conglomerados. b) Rocas duras: caliza dura, granito gneis. c) Rocas muy duras: granito y gneis compactos, cuarzo, cuarcita, sienita, pórfido, basalto. La dureza de los terrenos rocosos depende de su constitución geológica y su formación estratigráfica; siendo las rocas en estratos gruesos y compactos mucho más duras y difíciles de extraer que las rocas que se encuentran en capas delgadas, y figurables. . Los taludes que limitan los movimientos de tierra deben de tener cierta inclinación con la horizontal para mantenerse en equilibrio estable. El talud natural es mayor para terrenos secos ó ligeramente húmedos que para los terrenos muy húmedos o impregnados de agua. Es importante tener en cuenta que al excavar un material aumenta su volumen y disminuye su densidad. Expansión es el porcentaje de aumento en el volumen. Por ejemplo: La expansión media del basalto es de 49% esto significa que un metro cúbico de basalto en el banco ocupa un espacio de 1.49 mts. cúbicos cuando es tronado y queda en estado suelto. El factor de conversión volumétrica que sirve para cálcular el porcentaje de reducción es el inverso de la expansión ó sea que en el basalto del— Ejemplo será 1.00/1.49==0.6710cualsignificaque para obtener un metro cúbico de basalto suelto necesitamos 0.67 m3 de este material en banco La tabla de características de los materiales incluye en valores aproximados los factores respectivamente de conversión volumétrica y los porcentajes de expansión de los materiales más comunes. Con fines de aclaración, supóngase que un trabajo requiere mover 150,000 m3 en banco, de arcilla seca. Utilizando las cifras de la tabla, el factor de conversión es 0.81 y la expansión es 23%. Se hallan los metros cúbicos sueltos mediante el factor de conversión y se tendrá: 150,000 x 1.23, de modo que .aumentarán a 184,500 de material suelto. La densidad y el factor de conversión volumétrica de un material varían según factores tales como: la granulación, el contenido de humedad, el grado de compacidad, etc.


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Para establecer exactamente las características de un material, será necesario efectuar un análisis. Cuando un material suelto se coloca en algún terraplén y se compacta por medio dé equipo de compactación se contrae. Esta contracción depende de las características del material y el método de compactación que se utilice. Materiales como la roca, pueden conservar algo de abundamiento después de aplicada la compactación mientras que materiales más suaves pueden reducirse al 80 o 90% del volumen en banco. En el cálculo de ciertos conceptos de trabajo usualmente se utilizan metros cúbicos compactados, es decir que han sufrido contracción al ser manipulados en las obras como podría ser, al colocarse en un camión. De manera análoga al factor de conversión por abundamiento o expansión, se obtiene el factor de contracción, compactación o factor volumétrico de conversión. Factor de compactación = Volumen compacto / Volumen en banco En la siguiente figura se muestran diversos procesos en donde se observan abundamientos y compactación en materiales. Por ejemplo: para una arcilla seca del mismo tipo que la del ejemplo anterior, si se tienen 200 000 m3 de material, suelto éstos se convertirán en: 200,000 x 0.81 = 162,000 m3 de material compacto (0.81 es el factor volumétrico de conversión para la arcilla seca) Las conclusiones a que se llega, después de considerar el panorama anterior, son las siguientes: El éxito o fracaso en la operación de las máquinas depende de la correcta aplicación que se les dé dentro del trabajo que han de realizar y para obtener de ellos su rendimiento máximo, deben conocerse sus características, así como la forma de utilizadas, conocer sus capacidades y la selección correcta de los factores que pueden influir en su rendimiento. El valor del rendimiento dentro de la construcción no se puede generalizar, sino que en cada caso particular se debe analizar. Para programar las obras, determinar precios o costos unitarios, definir, el número de unidades y el equilibrio del equipo, en una operación constructiva, de ninguna manera debe trabajarse solamente en diversas obras, ya que el rendimiento tiene un valor particular para una máquina determinada, operando en un lugar y condiciones específicas. En la República Mexicana, dada la importancia que para la economía del País significa la Industria de la Construcción, se hace necesaria la tarea de reunir, metódica y regularmente, el mayor número de registros, para tener una realidad de los rendimientos que pueden obtenerse con el equipo de construcción.


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III.1. TRACTOR. III.1.1. Calculo del rendimiento de los tractores con cuchilla. En excavaciones y rellenas se emplea la fórmula que se indica a continuación para calcular el rendimiento en metros cúbicos por hora, pero antes debe seleccionarse la cuchilla más eficaz, según la clase de trabajo por efectuar. V = C.E. 60 / T. F. Donde: V = Rendimiento en m3 / hora de suelo compacto. C = Capacidad de la cuchilla en m3 suelto. F = Coeficiente de abundamiento del suelo. E = Coeficiente de eficacia del “dozer”. T = Duración del ciclo en minutos. 60= Número de minutos en una hora. Ejemplo: dados los siguientes datos, calcular el rendimiento del tractor C = 6m3; E = 0.8; F = 1.25 Distancia media de transporte = 50.00 m Velocidad de recorrido = 3 km/h Velocidad de regreso = 6 km/h Solución: para calcular el tiempo T, recuérdese que se integra con los tiempos fijos y los variables. Los primeros incluyen los cambios de velocidad, que puede estimarse en 10 segundos. Los tiempos variables dependen de las velocidades, por lo tanto. T = 2 x 10s / 60s + 50m x 60min / 3000 m + 50 x 60 in / 6000 m T = 0.33 + 1.0 + 0.5 = 1.83 in V = 6 x 0.80 x 60 / 1.83 x 1.25 = 125.9 m3 / hr. V = 125.90 m3/hr Parte de este volumen se pierde a través de la distancia de acarreo, por ello conviene colmar la cuchilla para compensar esta pérdida que se calcula en 5% por cada 25 ó 30 m de recorrido. Como una norma puede establecerse que una cuchilla empuje 1.30 m3/m2 de su propia superficie, en material cuyo paso volumétrico sea 1600 kg/m 3 y con una eficacia de 100% del equipo. Se sobreentiende que el material está suelto y que la operación se lleva a cabo sobre un terreno plano y sólido.


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Si el tractor trabaja en rampas, el volumen, comparado con el rendimiento trabajando a nivel, disminuye en 3% por cada grado que aumenta la pendiente, o aumenta en 6% por cada grado que disminuye. Los factores de corrección aplicables a la producción estimada. De acuerdo al tipo de operador son: Operador Excelente Bueno Deficiente

Factor de corrección 1.00 0.75 0.0.60

De acuerdo al tipo de material: Tipo de material

Factor de corrección

Material suelto amontonado.

1.20

Difícil de cortar, congelado. Con cilindro de inclinación lateral Sin cilindro de inclinación lateral

0.80

Difícil de empujar, se apelmaza (material seco, no cohesivo o material pegajoso) Roca desgarrada o dinamitada

0.80

0.70

Empuje por método de zanja

0.60.0.80 1.20

Empuje con dos tractores juntos

1.15-1.25

Visibilidad: polvo, lluvia, nieve, niebla u oscuridad

0.80

Eficiencia del trabajo 50 in/h 40 in/h Transmisión directa (tiempo de 0.1 in) Hoja “angulable” “A”

0.84 0.67 0.80 0.30-0.75

Se pueden dar además las siguientes normas: ♦ A mayor velocidad, menor estabilidad ♦ El rendimiento disminuye con la irregularidad de la superficie de rodamiento. ♦ Las cargas excesivas, disminuyen efectividad. ♦ Terraplenes o rellenos nuevos pueden ceder con el peso del tractor. ♦ Superficies rocosas pueden provocar deslizamientos laterales.


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III.1.2. Utilización de los “dozers” En el cuadro siguiente se describe en forma sucinta la utilización de tractores y cuchillas. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO Caminos de acceso

SU EMPLEO

VENTAJAS

Desviaciones y pasos provisionales Desmonte Remoción de pasto, (yerbas, arbustos y árboles) Limpieza superficial Despalme de la capa superficial para almacén o desperdicio

Rocas expuestas no dinamitadas Árboles grandes Rendimiento elevado en cortes ligeros.

Trabajos preliminares

Sistema de drenaje: abierta de cortes, principios de rellenos

Puede trabajar en áreas restringidas.

Excavaciones con acarreo corto

Rellenos, zapatas cortes, principio de rellenos en obras de arte

Movilidad y gran volumen de producción

Excavaciones con acarreo largo Taludes Extendido Rellenos Compactación

Acabado

LIMITACIONES

Acarreo deficiente en distancia largas Rocas expuestas acarreo deficiente a distancia larga Rocas

Sólo como emergencia Material en montones provenientes de acarreos de camiones. Reposición de material en zanjas o alrededor de estructuras. Compactación ligera del material de relleno. Su uso es especificado en materiales no cohesivos Afinamiento de la rasante

Equipo adecuado Empuje del material en cualquier dirección hacia el lugar de destino Fácil de maniobrar

Inapropiado para el acabado final

Gran ayuda obtenida al extender capas delgadas mientras se aplana

Maniobra rápida, tanto hacia los costados como hacia adelante TABLA III.1. UTILIZACIÓN DE DOZERS

No se puede hacer el acabado final.

III.1.3. Desgarrador o escarificador. (riper) Otro de los accesorios que se aceptan al tractor y le dan versatilidad son los desgarradores que, montados en su parte trasera, han sustituido muy ventajosamente a los arados remolcados. Estos desgarradores pueden ser de uno o varios vástagos, ajustables manual o hidráulicamente, y están destinados principalmente a arrancar raíces, roturar suelos compactos y desarticular rocas en formación o terrenos con rocas y, roturar también suelos, antes de ser excavados con traillas o “dozer”. El desgarramiento, sustitución de una voladura, puede resultar oneroso; por ello debe tomarse con cautela y analizar, en cada caso, hasta donde puede ser costeable.


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Los desgarramientos pesados elevan los costos normales de posesión y operación del tractor; por esta razón, cuando se trata de fragmentación de rocas, debe aumentarse en 30 a 40% el costo obtenido en fragmentaciones normales. Aunque no hay fórmulas precisas ni reglas empíricas para estimar la producción con este equipo; para obtener el máximo rendimiento han de observarse las siguientes normas de trabajo: ♦ Controlar la penetración de los dientes en el terreno, para evitar que el tractor se frene o que se rompan los dientes si éstos tropiezan con un obstáculo importante. ♦ Si se requiere el máximo rendimiento, es necesario que los dientes del desgarrador o escarificador se utilicen con la máxima penetración, según la dureza del material. Podrá utilizarse el diente central, los laterales o los tres dientes, según lo permita la potencia del motor y la naturaleza del suelo. ♦ En las vueltas deben levantarse los dientes, pues si no se procede así pueden torcerse. ♦ Para condiciones fáciles de rotura úsense los tres dientes. Cuando se dificulte el cavar debe quitarse el diente o punta central, para reducir así la resistencia de penetración. En condiciones difíciles, sólo deberá usarse el diente central. III.1.3.1. Puntas de los desgarradores. Estos se fabrican de tres tipos: para condiciones fáciles, para condiciones moderadas y para condiciones extremas; además se ofrecen en dos o tres longitudes para la mejor selección de acuerdo con el trabajo. La punta o diente corto tiene menos posibilidades de fracturarse pero cuenta con menos material para desgaste. La punta mediana posee gran resistencia al desgaste, y soporta bien las cargas de choque. La punta larga es la que tiene más resistencia al desgaste, pero, por su longitud, tiene mayores posibilidades de fracturarse. Para determinar cuál de las puntas es la más económica para un trabajo determinado, lo mejor es someter a pruebas los diferentes tipos de ellas. III.2. MOTOESCREPAS. III.2.1. Procedimientos para él calculo de producción Para terminar con motoescrepas, analicemos un problema práctico de producción: supongamos el modelo 631C que, según la tabla II.8 apartado II.2.7., requiere un tractor de empuje de 9H. Material: arcilla arenosa en barro natural húmedo Densidad de material en banco = 1975 kg/m3 Factor volumétrico de conversión (FVC) = 0.72 Factor de compresibilidad = 0.85


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Condiciones de trabajo: Factor de tracción = Altitud =

0.50 2,600.00 m

Ciclo de trabajo, acarreo y retorno:

S E C P E N C O R R

C D

C IO N IE N T E

S AE C P 0 E %N

C D

R T E D E 1 2C 0 O m R ( 1 0 0 K g / t )R =R ( 14

C

IC

S E C C C IO N D P E N D I E N T E 0 % S E C C C IO N C P E N D IE N T E 4 % C IO N B C O R T E D E 1 2 0 m IE N T E 0 % R R ( 1 0 0 K g / t ) = 1 C O R T E D E 2 3 0 m T E D E 4 R6 R0 ( 4 m 0 K g / t ) = 4 % 00 % K g / t ) = 4 %

L O

D

E

A

C

A

R R E O

Y

R E T O

Los valores de la resistencia al rodamiento, “RR” se toman de la tabla II.3 del apartado II.1.2.2. El valor de porcentaje es la relación (kg/kg). A la suma algebraica de las resistencias al rodamiento con la pendiente, se le llama pendiente total o compensada; así: Sección “A” pendiente total o compensada = 10% + 0% = 10% Sección “B” pendiente total o compensada = 4% + 0% = 4% Sección “C” pendiente total o compensada =

4% + 4% = 8%

Sección “D” pendiente total o compensada = 10% + 0% = 10% ♦ Estimación de la carga útil. La carga útil es igual al número de metros cúbicos por el factor volumétrico de conversión por la densidad del material en banco, así: C.V. = 23.00 M3 x 0.72 x 1975 Kg/m3 = 32,700 Kg C.V. = 32,700 Kg ♦ Peso de la máquina. Peso de la máquina vacía, dato de catálogo = 35,200 Kg. Peso de la carga calculada


= 35,700 Kg.

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R N

O



Peso total “PBT”

= 67,900 Kg

♦ Fuerza de la tracción utilizable. Esta depende del peso de la maquina debidamente equipada, de la velocidad desarrollada y de las condiciones del suelo. El peso de las ruedas propulsadas, cuando el vehículo esta totalmente cargado es igual al 53% del PBT. Por lo tanto: FTU, cargado Factor de tracción x 0.53 x PBT = 0.50 x0.53 x 67900 Kg. =17993 Kg. FTU, vacío = 0.50 x 0.68 x 35200 =

11968 Kg

Donde : 0.68 es el peso en las ruedas propulsadas para vehículo vacío. ♦ Pérdida de la potencia por altitud. Por contar con turbo cargadores, y de acuerdo alas indicaciones del fabricante, la potencia disponible es de: 100% para la motoescrepa, y de 94% para el tractor D9H. De acuerdo con estos valores, el tiempo de viaje de la motoescrepa 631C, no cambia; pero el tiempo de carga aumenta en 5%, por ser el porcentaje en que se reduce la potencia del tractor. ♦ Comparación entre la resistencia total y el esfuerzo de tracción en el acarreo. La resistencia total es la suma de la resistencia en las pendientes “R.P.” más la resistencia al rodamiento “RP”. a) Resistencia en las pendientes “RP” R. P. = 10 kg./t X PBT X pérdida. Adversa en porcentaje. Sec. “C”; 10 kg./t X 67.9 t X 4% = 2716 kg. b) Resistencia al rodamiento, “RR”: RR = kg./t (factor de RR) X t (PBT) Sec. “A”: 100 kg./t x 67.9 t = 6790 kg.


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Sec. “B”: Sec. “C”:

40 kg./t x 67.9 t = 2716 kg. 40 kg./t x 67.9 t = 2716 kg.

Sec. “D”: 100 kg./t x 67.9 t = 6790 kg. c) Resistencia total: Sec, “A” =

6790 kg.

Sec, “B” = Sec, “C” = 2716 kg. + 2716 kg.

2716 kg. 5432 kg.

Sec, “D” =

6790 kg.

La tracción máxima que se requiere para mover el 631C es de 6790 kg. y disponemos de una fuerza de tracción útil de 17993 kg. ♦ Determinación del tiempo de viaje para el acarreo. Este tema depende de la distancia y de la pendiente compensada. De las gráficas del manual Caterpillar, se obtiene: Sec, “A”

0.75 min.

Sec. “B”

1.10 min.

Sec. “C”

0.70 min.

Sec. “D”

0.80 min.

3.35 min. Nota. Tiempo aproximado, ya que no se considera el tiempo de aceleración ni desaceleración. ♦ Comparación de la resistencia total con la fuerza de tracción en el retorno. Cuando el equipo retorna, la pendiente ayuda; por lo tanto: Ayuda de pendiente = AP = 10 kg./t X PBT X (-4%) De ahí que la resistencia al rodamiento para el equipo en viaje vacío, para cada sección, vale:


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RR = Factor de RR X peso del vehículo sin carga. Sec. “D” = 100 kg./t X 35.2t = 3520 kg. Sec. “C” = 40 kg./t X 35.2t = 1408 kg. Sec. “B” = 40 kg./t X 35.2t = 1408 kg. Sec. “A” = 100 kg./t X 35.2t = 3520 kg. Por tanto la resistencia total: Sec “D” =

3520 kg.

Sec “C” = 1408 - 1408 =

0 kg.

Sec “B” =

1408 kg.

Sec “A” =

3520 kg.

La fuerza de tracción que se requiera para mover la motoescrepa B310, en viaje de regreso, es de 3520 kg y disponemos, según se ha calculado anteriormente, de una fuerza de tracción utilizable de 11968 kg. ♦ Tiempo de viaje de retorno. De las gráficas del manual Caterpillar, se tiene Sec “D”: Sec “C”; Sec “B”; Sec “A”; Tiempo total =

0.42 min. 0.43 min. 0.78 min. 0.42 min.. 2.05 min..

♦ Tiempo total del ciclo. Este tiempo será igual a la suma de los tiempos de acarreo y retorno, más los derivados del ajuste por altitud y tiempo de carga y maniobra, es decir: Tiempo de acarreo =

3.35 min..

Tiempo de retorno =

2.05 min. 5.40 min.

Ajuste por altitud = 0.06 X 5.40


0.32 min.

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Tiempo de carga =

0.60 min. (tabla II.8 apartado II.2.7)

Maniobra y esparcimiento =

0.70 min. (tabla II.8 apartado II.2.7)

Tiempo total del ciclo =

7.02 min.

Para obtener el número de metros cúbicos en banco, que pueden obtenerse; se procede de la manera siguiente: Ciclos/hora = 60 min. + 7.02 min. = 8.54 ciclos/hr. Carga estimada = cap. Colmada X TVC = 23 m3 X 0.72 = 16.6 m3 en banco Rendimiento en cano/h = 16.6 m3 X 8.54 ciclos/h = 141.76 m3 Rendimiento en banco/h = 141.76 m3 ♦ Relación tiempos de tractor y motoescrepa. Esta relación es importantísima, puesto que nos determina la óptima utilización del tractor para ayudas a otras traillas o motoescrepas. El tiempo del ciclo del empujador consta de los tiempos parciales de carga, impulso, retorno y maniobras: Tiempo en el impulso Tiempo empleado para carga y retorno (140% del tiempo de carga) tiempo de maniobra Tiempo del ciclo del empujador

= 0.10 min. = 0.84 min. = 0.15 min. = 1.09 min.

Por lo tanto, un tractor podrá atender: seis motoescrepas, puesto que 7.02 min. / 1.09 min. = 6 III.3. CARGADORES FRONTALES III.3.1. PRODUCCIÓN. Es la capacidad el cucharón por número de cargas/hora. Para este equipo son también válidas las recomendaciones dadas para las palas, tanto en cuanto y su sistema de sustentación como en su uso. Para una mayor eficiencia en la carga de los camiones debe tomarse en cuenta que: a) La distancia de recorrido, del lugar de carga al de descarga –sobre los camiones– debe ser la mínima posible.


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b) Las unidades de acarreo deben colocarse en forma tal que el ángulo de giro del tractor sea el menor posible. Se recomienda que siempre sea menor de 90º, para ello se recomienda que el frente del banco tenga suficiente amplitud, para que las unidades de acarreo se acomoden, y se evitan así pérdidas de tiempo por acomodo. c) El terreno, sobre el que se mueve, debe ser firme y lo más llano que se pueda, libre de piedras y bordos que resten eficiencia y produzcan balanceos fuertes en el equipo, sobre todo cuando éste lleva el cucharón cargado y en alto. En la siguiente tabla III.2. se tabula la producción estimada en m3/hora para los cargadores frontales montados sobre ruedas, operando en material suelto. Producción acumulada en m3 / h Minutos ciclo 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65

por Ciclos hora 150 133 120 109 100 92

*Capacidad nominal del cucharón en yd3 *hora de 60 minutos

Eficiencia Del trabajo Min./h 60 55 50 45 40

Carga útil estimada de los cucharones En m3 de material suelto 0.75* 1.13* 1.53* (1) (1.5) (2) 115 172 229 102 153 205 92 137 183 83 125 166 77 114 153 70 105 140 TABLA III.2

Factor de Eficiencia % 100 91 83 75 69

1.87* (2.5) 286 253 229 208 191 175

Factor volumétrico De conversión Volumen cucharón a 1.00 Volumen cucharón a 0.95 Volumen cucharón a 0.90 Volumen cucharón a 0.85 Volumen cucharón a 0.80

TABLA II.3

III.4. EQUIPO DE ACARREO III.4.1 RENDIMIENTO DEL EQUIPO DE TRANSPORTE En las tablas siguientes se tabulan las características o variables que deben tenerse presente para el rendimiento de los equipos aéreos.


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TIPO DEL EQUIPO

CONDICIONES FÍSICAS DEL TRABAJO

Motoescrepas, camiones, tractores, etc.

Longitud de recorrido Tipo de superficie: lodos, duro, suave, arenoso, rocoso, escabroso Pendientes de recorrido Condiciones climáticas

MATERIALES POR TRANSPORTAR SE Tipo del material: arena, grava, roca, arcilla.

LIMITACIONES EN LA MAQUINA

MÉTODO DE OPERACIÓN

Capacidad de carga

Número de unidades.

Velocidad.

Tamaño del material. Peso volumétrico. Abundamiento del material. Pegajoso o fácil en la descarga.

Proximidad y abastecimiento de combustibles y refacciones

Sistema de carga. Capacidad de Maniobrabilidad en equipos de carga. diferentes caminos Velocidad de y condiciones del carga. tiempo. Sistema de Potencia del motor. descarga. Desperdicio en Tipo de montones o en transmisión. Tipo capas. del mecanismo de descarga. Localización de accesos, rampas y Impacto de la caminos. carga

TABLA III.4.

En cuanto al uso del equipo de acarreo, deben tenerse presente las recomendaciones que se tabulan en el cuadro siguiente: TIPO Camiones

VENTAJAS TIEMPO Su fácil movilidad Dificultad Su adaptación a rodamiento varios tipos de lluvia y lodo. caminos

Altas velocidades Tractores sobre Facilidad en las neumáticos y reversas remolques Dificultad Movilidad eficiente rodamiento lluvia y lodo Velocidad media de recorrido Descargas trasera, y fondo

LIMITACIONES al Facilidad de con manejo en todos los tipos dependiendo del diseño de la caja

CAMINO Requiere superficies con mantenimiento Pendientes adecuadas.

al con Facilidad de manejo en todos los tipos dependiendo del diseño de la caja

Requiere superficies con mantenimiento par mejorar eficiencia.

lateral, por el Pendientes adecuadas.

Coerción en tandeo para recorridos largos Radio de reducido.

vuelta TABLA II.5


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III.4.2. DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE UNIDADES DE ACARREO Para el balanceo o equilibrio entre las unidades de acarreo y los equipos de carga, ha de tenerse presente: a) El número de unidades de acarreo varía en forma casi directa, con las distancias de acarreo. Como éstas sufren grandes variaciones, resulta muy difícil alcanzar un equilibrio perfecto. b) Para llegar al punto económico del equilibrio, es necesario contar con la facilidad de poder conseguir o retirar los vehículos de acarreo, según las necesidades de trabajo. c) Como regla práctica puede aceptarse que “El número de unidades o camiones de transporte debe ser aquél que motiva en ellos, de cuando en cuando, pérdidas de tiempo igual a las que, por espera, pueda perder el cargador. Para determinar el número de camiones, basta relacionar los ciclos del cargador con el de los camiones. Por ejemplo, si consideramos un cargador de 1 ½ yd 3 , o sea 1.14 m3, con un ciclo de carga de 36 segundos, para llenar un camión de 6.00 m3, se requieren 6 m3 / 1.14 m3 = 5.3 ciclos = 6 ciclos El tiempo total de llenado será: 36 X 6 ciclos = 216 s. Si la eficiencia horaria es de 50 min./hora, se necesitaran 216s / 0.83 = 360 s; o sean 4.5 minutos aproximadamente por carga de camión. Si el acarreo se efectúa a una distancia de 500 m. con una velocidad promedio, de ida y regreso, de 20 Km/h., se tendrá: Ciclo del camión: Tiempo de carga = 4.5 min. Descarga

1.0 min.

Acomodo y Vuelta

2.0 min.

Recorrido = 1h X 60 min./h / 20 km/h = 3.0 min. / 10.5min. Camiones necesarios = 10.5 min. X 60s / 260 seg = 2.4 camiones Si se considera una eficiencia del 66% en los camiones, el número de éstos, será: 1.1.

/ 0.66 = 3.6 camiones, es decir,

Cuatro camiones número que cubrirán las pérdidas que ocasionaría el cargador, si se considera 34% del ciclo para la carga del camión, como tiempo perdido.


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III.5. MOTOCONFORMADORA III.5.1. CALCULO DEL RENDIMIENTO. Puede establecerse que el rendimiento de una motoconformadora es inversamente proporcional al número de pasadas efectuadas en un mismo tramo. Por ejemplo, con una buena organización se requieren cinco pasadas para un tramo de 10km. Si éstas aumentan a siete y la velocidad de trabajo o recorrido es de 2.5 km/h., la pérdida de tiempo es: 7 pasadas X 10 / 2.5 Km/h - 5 pasadas X 10 / 2.5 km/h = 28 - 20 = 8 horas para el cálculo del rendimiento de una motoconformadora puede aplicarse la fórmula siguente: T = N X L / V1 XE + N X L / V2 XE + N X L / V3 XE En donde: T = tiempo en horas utilizadas. N = número de pasadas. L = longitud recorrida en Km, en cada pasada. E = factor de eficiencia. V1, V2 , V3 = velocidad en km/h en cada pasada. Recomendaciones: L, debe determinarse de acuerdo a la naturaleza del trabajo. N, debe ser estimado de acuerdo con la clase de trabajo. E, varía con las diferentes condiciones trabajo. Ejemplo: se necesita rastrear y nivelar 8 kilómetros de carretera mediante una motoconformadora de 3.60 m de longitud de cuchilla. Se precian seis pasadas para completar la operación de rastreo y nivelado.


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La clase del material permite efectuar las pasadas primera y segunda a 4.5 km/h las pasadas tercera y cuarta a 5.4 km/h y las pasadas quinta y sexta a 8.6 km/h, el factor de eficiencia “E”, es de 0.6. Sustituyendo en la fórmula del rendimiento, se obtiene: T = 2 X 8 / 4.5 X 0.6 + 2 X 3 / 5.4 X 0.6 + 2 X 8 / 8.6 X 0.6 = 6.0 + 4.9 + 3.1 = 14 h. T = 14.00 h. Como en todas las máquinas. La velocidad de la transmisión de la motoconformadora queda definida por la pendiente del terreno, y la eficiencia, por la rugosidad del terreno, por su compacidad, por su peso volumétrico y por el tamaño del material por trabajarse. En tramos de poca longitud, en que las motoconformadoras deben voltear frecuentemente, al calcular los ciclos deben tomarse en cuenta los tiempos empleados en cambiar el sentido, así como los tiempos de espera cuando al realizar las vueltas una máquina tenga que esperar la salida de otras. III.6. EQUIPO DE COMPACTACION. III.6.1. RENDIMIENTOS DE LOS COMPACTADORES. El rendimiento de cualquier compactador se expresa en metros cúbicos / hora, así: Rendimiento = Vc (m3) / h (hora) = m3 / h Donde: Vc

= L x A x

C

L – Longitud tramo compactado A – Ancho tramo compactado C – Espesor capa compactada Ancho (A) y un espesor uniforma de la capa (c), resulta: V = L x A x C. El rendimiento de cualquier máquina compactadora quedará influenciado por el ancho del rodillo compactador, por el número de pasadas –variable según la


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composición y humedad del suelo–, y por la velocidad media que se aplique. De aquí que la fórmula general será: Rend. = m3 / hr = A x C x V x 1000 / P En donde: A = ancho del rodillo en metros. C = espesor de la capa en metros. V = velocidad en km/h P = número de pasadas en una hora Ejemplo: se trata de un compactador caterpillar 825B, cuyas características son: A = dos unidades x 1.13m/unidad = 2 x 1.13 = 2.26 m V = 8 millas/h = 8 x 1.609 km/hr = 12.87 km/hr C = 8 pulgadas = 8 x 0.024m = 0.203m. P = 4 pasadas por hora. Solución: 2.26 m x 0.203 m x 12.87 km/h / 4 x 1000 Rendimiento = 1476.12 m3/hr. RENDIMIENTO DEL EQUIPO Toda máquina debe llenar las condiciones fundamentales para la que fue diseñada. Su adquisición y selección debe ser consecuencia del estudio de necesidades que tengamos; además, debe apoyarse en la experiencia de hombres que las han trabajado. El éxito o fracaso en la operación de las máquinas depende de la correcta aplicación que se les dé dentro del trabajo que han de realizar. Para obtener de ellas máximo rendimiento, deben conocerse sus características, así como la forma de aplicarlas, conocer sus capacidades, y de la continúa selección de los factores que pueden influir en el rendimiento de una máquina –físicos, mecánicos y humanos–, es aprovecharlas en su más alto rendimiento. De igual modo, y para obtener buen rendimiento, el equipo con que se cuenta debe ser adaptado a las necesidades del trabajo. La capacidad o el rendimiento teórico de toda máquina o equipo se ve afectado por los dos factores siguientes;


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– Coeficiente de eficacia – Coeficiente de utilización. Coeficiente de eficacia. El valor del coeficiente de eficacia de las máquinas es función de varios factores. a) Imposibilidad de ser operada en forma continua y a velocidad máximo constante. b) Tiempos destinados a engrase y al abastecimiento de combustible. c) Tiempos variables, según el equipo, empleados en la revisión de partes pequeñas: tornillos, bandas, cables, etc. d) La fatiga del operador. De estos factores se desprende que el tiempo de operación nunca es de 60 minutos, sino que varía entre 50 y 40; de ahí que el coeficiente de eficacia óptimo, será: Co =

50min = 0.83 60min

Y el coeficiente de eficacia normal: Cn =

40min = 0.66 60min

Coeficiente de utilización. Este coeficiente es función de las condiciones del trabajo y de la obra. En la tabla siguiente se listan sus valores. Condiciones trabajo Excelentes Buenas Medianas Malas

del Organización de la Obra Excelente 0.84 0.78 0.72 0.63

Bueno 0.81 0.75 0.69 0.61 TABLA III.6.

Mediana 0.76 0.71 0.65 0.57

Mala 0.70 0.65 0.60 0.52

Los valores anotados explican las diferencias de rendimiento y justifican la definición del coeficiente de utilización del equipo. Este coeficiente depende únicamente de las condiciones del trabajo y de la organización: es decir que depende del trabajo, de quien lo organiza, de quien lo vigila y del mantenimiento del equipo. Es detalle, pueden mencionarse como puntos determinantes de este coeficiente, los siguientes:


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Por las condiciones del trabajo ♦ Naturaleza del terreno. ♦ Condiciones del suelo y condiciones meteorológicas: terreno seco y drenado, terreno húmedo y mal drenado, clima cálido, frío, lluvia, vientos. ♦ Topografía y tamaño de la obra, accesibilidad, acarreos, dificultad de maniobras, etc. ♦ El ritmo de trabajo obligado, por tener un tiempo mínimo impuesto en la realización de la obra. Por la realización de la obra ♦ Experiencia del personal y del manejo del trabajo. ♦ La selección, cuidado y mantenimiento del equipo. ♦ La concepción, la ejecución, la dirección y la coordinación de todas las operaciones que afectan el rendimiento. Relación de coeficientes. En el cuadro siguiente se relacionan los coeficientes de eficiencia y de utilización de las máquinas.

Coeficiente de utilización de la máquina Condiciones del tabajo: Excelentes Buenas Medianas Malas

Organización de la Obra Excelente Buena

Mediana

Mala

0.83 0.66

0.83 0.66

0.83 0.66

0.83 0.66

0.70 0.65 0.60 0.52

0.67 0.62 0.57 0.51

0.63 0.59 0.54 0.47

0.58 0.54 0.50 0.43

0.56 0.52 0.48 0.42

0.53 0.50 0.46 0.40

0.50 0.47 0.43 0.38

0.46 0.46 0.40 0.35

TABLA III.7. Como puede apreciarse, el cuadro anterior da valores de rendimiento que van de 0.35 a 0.70. solo la experiencia y el conocimiento de las condiciones en las que ha de realizarse la obra nos podrá ubicar en el punto exacto del trabajo y en el valor de los coeficientes. EJEMPLOS Para proporcionar datos reales que sirvan al estudioso, tomamos de nuestro archivo personal de trabajos ejecutados, los siguientes: Construcción con tractores y escrepas de un terraplén con préstamo lateral, en suelo limo arenoso, con bajo contenido de arcilla. El trabajo se controló con contador de horas en las mismas máquinas. Se trabajó 134 días calendario, 112


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días laborables, dos turnos de 12 horas con 20 horas efectivas. Se descontaron los tiempos de engrase del equipo y los tiempos de comida del personal. TABLA 50 Tractor T-D-24 Días trabajados 112 Horas de tractor ENERO 3ª. 39 Decena FEBRERO 1ª. 131 Decena 2ª. 145 Decena 3ª. 127 Decena MARZO 1ª. 101 Decena 2ª. 140 Decena 3ª. 135 Decena ABRIL 1ª. 80 Decena 2ª. 60 Decena 3ª. Decena MAYO 1ª. Decena 2ª. 84 Decena 3ª. 123 Decena JUNIO 1ª. 6 Decena 2ª. 12 Decena Sumas 1183 Promedios 10.6

T-D-24

D-8

D-8

T-D-18

D-7

D-7

D-7

67

112

73

78

112

106

48

26

23

105

158

160

53

157

148

86

107

47

146

137

23

87

107

87

70

65

117

140

123

152

79

127

26

110

135

122

123

112

45

92

105

116

63

100

60

127

143

88

75 98

115

129

32

117

105

125

110

75

111

80

107

92

111

97

62

77

70

98

96

93

107

59

28

115

108

109

5

76

102

52

83

12

12

20

12

12

12

12

808 12.1

880 7.9

973 13.3

799 10.3

1639 14.6

1388 13.1

621 12.9

Promedio general de tractores 11.85 horas por día, con eficiencia de 0.5925%. Los tractores citados en el cuadro anterior, utilizaron las escrepas siguientes, cuyo volumen en capacidad es: Escrepa No. 1 de 27.5 yd3, con promedio de 12.2 h/día. Escrepa No. 2 de 15.0 yd3, con promedio de 8.5 h/día. Escrepa No. 3 de 18.0 yd3, con promedio de 12.9 h/día. Escrepa No. 4 de 13.5 yd3, con promedio de 2.7 h/día. Escrepa No. 5 de 11.0 yd3, con promedio de 14.1 h/día. Escrepa No. 6 de 11.0 yd3, con promedio de 12.9 h/día.


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Lo que arrojó un volumen de excavación promedio pagado, por yarda cúbica de capacidad y por hora efectiva de trabajo = 5.89 m3/yd3/hr. En otro trabajo de pavimentación, que incluía escarificada y arreglo de la superficie existente con dos capas nuevas una de conglomerado y otra de material triturado, se obtuvieron, durante un año de observación directa, los resultados siguientes:

Promedio h/día

Motoconfomadora No. 1 No. 2

Aplanadoras No. 1 No. 2

No. 3

Neumáticos No. 1 No. 2

8.85

6.5

6.75

6.5

7.75

6.3

6.2

El trabajo se controló a razón de turnos de 10 horas efectivas. Como la información se obtuvo de reportes firmados por el operador y el encargado de máquinas, se presume que estén aumentados. Continuar citando ejemplos de casos prácticos obtenidos de la experiencia, nos obligaría a una lista interminable y nos saldríamos del ámbito de esta guía. Consideramos suficientes los ejemplos citados; pues con ellos podemos medir las eficiencias reales de las máquinas que, como puede apreciarse, quedan muy por debajo de las teóricas supuestas. Cuando estas máquinas trabajan en forma independiente, sin depender de otras, el rendimiento promedio de ellas se puede conocer y aplicar así un coeficiente de eficiencia general aceptable. Al establecer un proceso de pavimentación el equipo seleccionado para realizarlo deberá trabajar en forma sincronizada y complementándose entre sí. Por ejemplo: si se considera un proceso de trituración de material pétreo para base o para carpeta asfáltica, se emplearán tractores para despalme, limpia y brechas, compresoras para la explotación del banco, equipo de carga y equipo de transporte, así como la planta de trituración. Al fallar una de las fases del proceso se suspende éste, o se incrementan las operaciones o los tiempos de trabajo; en todo caso, el rendimiento es menor y el costo aumenta como sucede cuando se tiene que hacer almacenamientos de materiales pétreos para alimentar en forma continua la planta de trituración; previendo así fallas en la explotación del banco o del equipo del transporte. A partir del material triturado, y para la construcción de la carpeta asfáltica, se requiere de una planta mezcladora, camiones para acarreo, petrolizadora para riegos de liga, extendedora-afinadora y máquinas de compactación para el tendido. Si falla la petrolizadora, todo el proceso se detiene, a pesar de que todas las otras máquinas se encuentran en condiciones perfectas de trabajo. De ahí, que hay que vigilar el equipo para que ninguna de sus partes retrase el proceso constructivo.


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manual-rendimiento-maquinaria-pesada-eficiencia-calculo-produccion-productividad-eficiencia-trabajo-equipos-pesados.pdf

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