Maquinaria de Desmonte y Movimiento de Tierras

Mecanizacion Agricola

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CAPITULO V MAQUINARIA DE DESMONTE Y MOVIMIENTO DE TIERRAS OBJETIVOS El alumno debe: Conocer las principales máquinas utilizadas en el desmonte y movimiento de tierras.

DESARROLLO En el trabajo agrícola, agrícola, hay ocasiones en que se necesita: necesita: Incorporar nuevas tierras a la agricultura a través de irrigaciones, colonizaciones en la selva, etc. Mejorar la productividad de tierras existentes a través de obras de drenaje, nivelación, construcción de caminos, construcción de terrazas, etc. Proteger tierras existentes, a través de defensas ribereñas, diques, etc. Para realizar estas labores se utiliza la maquinaria de desmonte y movimiento de tierras.

DESMONTE

Conjunto de operaciones que permiten eliminar total o parcialmente la vegetación (árboles, arbustos, hierba, etc.) u obstáculos (piedras, raíces, tocones, etc.) existentes en los terrenos. La maquinaria a emplear en estas operaciones depende del tamaño y densidad de la vegetación. Cuando sólo existen algunos árboles o arbustos no hay nada mejor que removerlos del terreno tirando de ellos con un cable asistido por un winche manual o un tractor. La mayoría de operaciones de desmonte en el campo se realizan con el tractor, pero cuando el número de árboles y arbustos es de alrededor de 500 o mas por hectárea, el costo de tirar de ellos individualmente puede resultar prohibitivo. Los factores a considerar para elegir entre desmonte manual o mecánico son: el costo del desmonte; el valor de la madera u otros productos; y el daño al suelo y el ambiente, debido a las operaciones del desmonte. La destrucción del suelo superficial puede ser seria si este es delgado, contiene la mayoría de la materia orgánica y descansa sobre subsuelo casi estéril (como ocurre en nuestra selva).

MOVIMIENTO DE TIERRAS Conjunto de operaciones que permiten trasladar volúmenes de materiales (tierra, piedras, rocas, etc.) de un lugar a otro con el fin de nivelar terrenos, construir terrazas, ampliar terrenos, construir el sistema de riego mayor, drenar suelos húmedos, construir diques de protección, etc.

En operaciones de desmonte y movimiento de tierras de gran tamaño es importante sincronizar las distintas etapas para evitar problemas como:

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- rebrote de la vegetación, - inundación por lluvias, - inundaciones por crecidas de ríos, etc. Debido a la gran fuerza de tracción necesaria, en operaciones de desmonte y movimiento de tierras se utilizan ampliamente los tractores de oruga. A manera de guía, se muestra en el cuadro 1, información sobre los tractores de oruga Caterpillar.

CUADRO 1. CARACTERÍSTICAS DE TRACTORES UTILIZADOS EN LABORES DE DESMONTE Y MOVIMIENTO DE TIERRAS MODELO

D3B D4E D5B D6D D7G D8K D9H D10

POTENCIA (KW) 48 56 78 104 149 224 306 522

CILINDROS PRESION SOBRE EL SUELO (BAR) 4 0.58 4 0.72 6 0.64 6 0.65 6 0.71 6 0.89 6 1.01 V12 1.52

observe como entre el D3B y el D10, la potencia se incrementa en mas de 10 veces, pero la presión sobre el suelo en menos de 3 veces . Como valor de referencia, la presion ejercida sobre el suelo por un hombre que pesa 70 kg y tiene un area de apoyo en los zapatos de 300 cm2, seria de 0,233 Kg/cm2, esto es 0,233 bar.

La maquinaria mas utilizada en labores de desmonte y movimiento de tierras es:

1 HOJAS EMPUJADORAS Son hojas metálicas rectangulares de gran dimensión (ej. 2,5 m ancho x 0,7 m alto), que se colocan en la parte delantera del tractor y que se utilizan para remover y empujar materiales de un lugar a otro. Son adecuadas para trasladar materiales a distancias menores de 100 m.

Figura 1. Tractor de orugas equipado con hoja empujadora.

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Las hojas empujadoras son de dos tipos: rectas y angulables.

1.1 HOJAS EMPUJADORAS RECTAS Se les conoce también como bulldozer. En ellas, el ángulo entre la hoja y la dirección de avance es siempre un ángulo recto.

Figura 2. Tractor con hoja empujadora recta (izquierda) y tractor de orugas de 265 Kw. y 44 500 Kg. equipado con hoja empujadora angulable (derecha).

1.2 HOJAS EMPUJADORAS ANGULABLES Se les denomina también angledozer. Pueden ser reguladas para que formen un ángulo con la dirección de avance; en el caso de que deseemos dejar el material hilerado a un lado o para labores especiales de construcción. Las hojas empujadoras pueden ir montadas en tractores de ruedas o de orugas, estos últimos son los mas utilizados ya que las fuerzas de tracción requeridas en operaciones de desmonte y movimiento de tierras son grandes.

Figura 3. Vista de las inclinaciones de una hoja angulable.

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RASTRILLOS

Son implementos similares a peines gigantescos, con dientes bastante robustos; que se utilizan para empujar y trasladar materiales de regulares dimensiones (piedras grandes, raíces, tallos, etc.) sin mover los materiales mas finos (arena, piedras pequeñas, suelo, tallos pequeños, etc.)

2.1 RASTRILLOS PARA MALEZAS Tiene dientes de gran longitud (1 a 1,75 m) y bastante curvados.

Figura 4. Rastrillo de tallos y malezas.

2.2 RASTRILLOS PARA RAICES Tiene dientes de longitud media y curvatura menor que los anteriores.

Figura 5. Rastrillo para raices.

2.3 RASTRILLOS PARA ROCAS Tienen dientes cortos, de curvatura ligera y extremadamente robustos. Existen unos rastrillos utilizados para el desempiedre de terrenos con piedras de diámetro menor a 0,2 m. Constan de un eje con dedos que giran en sentido contrario a la dirección de avance del tractor y a una profundidad de 0,1 m. El

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rastrillo extrae y deja las piedras hileradas. Luego estas piedras son recogidas por un elevador de piedras, (formado por una cuchilla, una cadena elevadora y resortes; que hacen vibrar las barras de la cadena para evitar atoros.) y transportadas hacia la zona donde se desea descargarlas.

Figura 6. Rastrillo para rocas.

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CORTADORAS

Se emplean para cortar malezas, arbustos y árboles.

3.1 CORTADORAS DE ÁRBOLES Son de 2 tipos: de hoja empujadora y de tijera hidráulica. - De hoja empujadora, es una hoja empujadora a la que se le adiciona una cuchilla en la parte inferior y una barra guía o viga en la parte superior de la hoja (para doblar los troncos de los árboles y hacer mas fácil el corte). Algunas veces la hoja lleva un espolón o cuchilla lateral, denominándose a esta conformación como “Hoja K/G.” Estas hojas pueden cortar árboles de diámetros grandes (0,6 o mas metros).

(a)

(b)

Figura 7. Cortadora de hoja equipada con viga de empuje y rastrillo (a), y hoja K/G (b)

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Figura 8. Hoja K/G.

- Hidráulicas de tijera, similares a una tijera gigantesca, cuyos brazos se cierran gracias a la acción de cilindros hidráulicos. El diámetro de árbol que pueden cortar depende de la potencia de la máquina y la dureza de la madera, pero por lo general cortan árboles de diámetro menor a 0,5 m (madera blanda) ó 0.35 m (madera dura).

Figura 9. Cortadora de árboles de tijera hidráulica. A manera de referencia, las tablas a continuación muestran información sobre eliminación de vegetación en Muara Marah, Indonesia.

CUADRO 2. CARACTERÍSTICAS DE LA VEGETACIÓN ELIMINADA EN MUARA MARAH, INDONESIA. Diámetro del tallo en cm 0 – 15

Número de tallos/ha (rango) No contados

15 – 29

76 –107

30 – 39

16 – 45

40 – 49

14 – 34

50 – 59

16 –19

Mayor a 60 TOTAL por Hectárea

22 – 27 149 – 217

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CUADRO 3. CONSUMO DE MANO DE OBRA EN LABOR DE ELIMINACIÓN DE LA VEGETACIÓN MOSTRADA EN EL CUADRO ANTERIOR EN MUARA MARAH, INDONESIA. LABOR Corte de arbustos Corte de árboles con motosierra, operadores Asistentes Quemado Primer reapilado Requemado Limpieza final: motosierra operadores Asistentes TOTAL

HOMBRE/(DIA-HA) 18 3 3 2 18 3 2 2 51

3.2 CORTADORAS DE RAICES Son brazos con rejas grandes en forma de “V”. Estas rejas se desplazan debajo de la superficie (subsuperficiales) cortando las raíces. Pueden trabajar hasta 0,7m de profundidad.

Figura 10. Vista posterior de una cortadora de raíces.

3.3 CORTADORAS DE TALLOS Son cilindros de gran tamaño (diámetro de 2 m y peso de 30 ton), que llevan cuchillas en su periferia y trabajan desplazándose sobre el material a cortar o trozar, aplastándolo y cortándolo en trozos de 0,1 m.

Figura 11. Cortadora de tallos

3.4 CORTADORAS ROTATIVAS O DESBROZADORAS Son similares a las cortadoras rotativas empleadas en la cosecha de forrajes, pero mucho mas robustas. Constan de un eje que gira a altas velocidades (2 000

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r.p.m.) y que impulsa dos ó mas cuchillas situadas en su periferia. Generalmente se utilizan para cortar arbustos y vegetación menor.

Figura 12. Desbrozadora de montaje en tractor agrícola, vista desde la parte de atrás.

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DESTRONCADORAS

Similares a las hojas empujadoras, pero con elementos en forma de cuña en l a cara externa, que sirven para remover los troncos o tocones.

Figura 13. Destroncadora

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DESGARRADORAS

Son brazos metálicos cortos (0,3 a 0,5 m) bastante robustos, que llevan una reja cambiable en su extremo en contacto con el suelo. Se emplean para aflojar los suelos endurecidos (incluso concreto). Se les conoce como Rippers.

(a)

(b)

Figura 14. Desgarradora (a) y desgarradora montada en tractor (b).

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WINCHES O MALACATES

Son tambores cilíndricos que giran, y al girar enrollan un cable que se encuentra amarrado a su superficie. Se utilizan para realizar labores de tiro en lugares de difícil accesibilidad. Reciben su energía del eje t.d.f. del tractor. La fuerza de tiro depende del modelo, variando entre 13 600 a 63 050 Kg.

Figura 15. Winche accionado por motor (izquierda) y por la toma de fuerza del tractor.

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SIERRAS

Para cortar árboles. Pueden ser manuales, motosierras o sierras de montaje en tractor.

Figura 16. Sierra circular accionada por el eje toma de fuerza del tractor.

Figura 17. Motosierra accionada por motor de 2 tiempos.

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NIVELADORAS

Las niveladoras son hojas metálicas que se emplean para realizar emparejamiento

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de superficies. Al nivelar, hay cuatro aspectos de la topografía que deben considerarse con atención: pendientes; en los EEUU recomiendan considerar una pendiente máxima de 12% para riego por gravedad y 20% para riego por aspersión; micro relieve; macro relieve; y cobertura del suelo.

8.1 NIVELADORAS DE TIRO Van montadas sobre un bastidor de gran longitud (9 a 24 m), la hoja tiene un ancho de trabajo de 1,5 a 4 m. Se utilizan para nivelar parcelas grandes.

Figura 18. Niveladora de tiro

8.2 NIVELADORAS DE MONTAJE EN TRACTOR También conocidas como lampones. Son hojas de 2 a 5 m de ancho, que se utilizan para nivelar áreas pequeñas.

Figura 19. Niveladora de montaje en tractor

8.3 MOTONIVELADORAS Hojas autopropulsadas de gran versatilidad, utilizadas mayormente en grandes obras.

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Figura 20. Motoniveladora. Para lograr mejores resultados en la nivelación de terrenos, se puede utilizar niveladoras equipadas con equipos de control láser, que permiten obtener nivelaciones de suelo muy exactas.

Figura 21. Sistema de nivelación con rayos láser. Un sensor (el de la izquierda) se coloca fijo en el campo, el otro sensor se coloca en la estructura de la niveladora.

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TRAILLAS O RUFAS

Se emplean para mover tierra de un lugar a otro generalmente en distancias grandes (> 100 m y < 500m), donde las hojas empujadoras resultan antieconómicas. Constan de una cuchilla que corta el material a transportar (generalmente tierra) en su sitio original, y un elevador que lo levanta y coloca en un deposito, en el cual se le almacena para su transporte. Tienen capacidades de 4 a 30 m3. Pueden ser traíllas de:

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- De tiro, y - Autopropulsadas.

Figura 22. Traílla de tiro (izquierda) y autopropulsada (derecha), cargando material.

10 VOLQUETES Se utilizan para transportar material cuando las distancias son muy grandes ( > 500 m). Existen grandes volquetes con capacidades hasta de 85 toneladas. La descarga del material se realiza al inclinar la tolva donde éste se encuentra, gracias a la acción de un cilindro hidráulico.

Figura 23. Volquete con capacidad de carga de 54,4 toneladas y motor de 500 Kw.

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Figura 24. Volquete en trabajo con pala cargadora.

11 CARGADORES Se utilizan para elevar materiales (a descargarse en tolvas de volquetes). Constan de una cuchara o pala en la que se llena el material a cargar, pueden ser: Frontales, cuando van montados en la parte delantera del tractor, o Posteriores, cuando van montados en la parte trasera. Pueden ir montados en tractores de ruedas, o en tractores de cadenas u orugas. La capacidad del cucharón varia según el modelo, d e 0.8 m3 a 9.6 m3.

Figura 25. Cargador frontal montado en tractor de ruedas. CUADRO 4. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CARGADOR FRONTAL MOSTRADO EN LA FIGURA ANTERIOR. Modelo Peso Capacidad del cucharón Capacidad de carga cucharón Fuerza de rotura sobre material a cargar Tiempo de levantar, bajar y descargar Modelo del motor No. de cyl.x diámetro x carrera Potencia motor / velocidad Velocidad hacia delante Velocidad hacia atrás Fuerza de tiro máxima Neumáticos Precio

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ZLM30E 10 000kg 1.7 m3 3 000kg 96kN 5.5s 3.5s 1.2s Cummins6Bt5.9 6x102mm x 120mm 92kW/2200rpm 0-34 km/h 0-35 km/h 83kN 17.5-25-12PR US$27,800


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Figura 26. Cargadores frontales de montaje en tractor agrícola

Figura 27. Cargador de troncos acoplado al brazo de una pala.

12 PALAS Sirven para excavar zanjas, acequias, estanques, etc. Están constituidas por una unidad motriz, que proporciona la potencia a un brazo o pluma, en el extremo de la cual se coloca la pala. La capacidad del cucharón o pala varia de 0.5 a 2.6 m3, según el modelo.

Figura 28. Pala retroexcavadora.

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CUADRO 5. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PALA MOSTRADA EN LA FIGURA ANTERIOR. DESCRIPCION

Profundidad máxima de excavación Potencia Peso

6 670 mm 100KW / 2 000rpm 20 ton

Volumen pala Presión de trabajo del sistema hidráulico Capacidad de la bomba Fuerza máxima de excavación

0.8 ~ 1.2m 30MPa(34MPa) 2 x 200 L/min 157KN(179KN)

Presión sobre el suelo Velocidad

0.47Kgf/cm 7 / 4 Km/h

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Figura 29. Pala retroexcavadora de montaje en tractor agrícola.

13 CORTADORA DE CERCOS Son máquinas que permiten recortar los cercos vivos de vegetación. Constan de una segadora (rotativa o de barra) montada sobre un brazo similar al de una excavadora, lo cual permite que se le pueda colocar en distintas posiciones, para recortar arriba y a los lados del cerco.

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Figura 30. Cortadoras de cercos, realizando el corte de vegetación en un talud y en un cerco vivo.

14 HOYADORAS Son máquinas que permiten cavar hoyos en los cuales enterrar postes o columnas. Consisten de un tornillo o auger impulsado a través de una unión universal por el eje toma de fuerza del tractor. Con una maquina típica, la velocidad del auger es de 80 r.p.m. y toma alrededor de medio minuto excavar un hoyo. Los hoyos tienen un diámetro entre 0,15-0,6 m y una profundidad entre 0,9 – 1,5 m

(a)

(b)

Figura 31. Hoyadora accionada por el eje toma de fuerza del tractor (a) y por las las conexiones hidraulicas del tractor (b).

15 . CLAVADORAS DE POSTES Sirven para clavar postes en el suelo, como cuando se construye una cerca. Pueden actuar: - levantando un peso y dejándolo caer sobre el poste, o

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- con un sistema de enganche que permite clavar el poste en el suelo utilizando el peso del tractor, que se transfiere a través de dicho enganche.

16 SUBSOLADOR Es un brazo rígido de gran fortaleza con una reja en su extremo, que sirve para romper capas duras ubicadas en el subsuelo. Se diferencia del ripper o desgarrador, en que el subsolador es mas robusto y trabaja a mayores profundidades (0,5 m o mas). Se puede adicionar en la parte trasera de la reja del subsolador, dispositivos para conformar canales de drenaje (en suelos arcillosos) o para tender tubería de plástico. Estudios muestran que es muy ventajoso colocar rejas laterales adyacentes a la reja del subsolador (a manera de aletas) para mejorar el estallamiento del suelo. La distancia entre dos pases sucesivos del subsolador depende de la dureza del suelo, recomendándose que en caso de realizar dos o mas pases estos deben tener un ángulo de 45 grados entre sí. La frecuencia de subsolado depende de que tan rápido se vuelve a compactar el suelo, en promedio se realiza cada 2 a 4 años en suelos agrícolas.

Figura 32. Subsolador equipado con aditamento para enterrar tuberia.

17 ESTABILIZADOR DE SUELOS Permiten cortar, mezclar y pulverizar el suelo en su lugar, agregándole aditivos o agregados para modificar y estabilizar el suelo, consiguiendo una base sólida.

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Figura 33. Estabilizador de suelos. RESUMEN -

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El desmonte permite eliminar (total o parcialmente) la vegetación, el movimiento de tierras permite trasladar volúmenes de material de un lugar a otro. Debido a la gran fuerza de tracción necesaria en operaciones de desmonte y movimiento de tierras, se utilizan ampliamente los tractores de oruga.

EJERCICIOS 1. La presión ejercida sobre el suelo por los tractores de la tabla 1 es proporcional a su peso? A que cree que de deba esto? 2. Existen rastrillos para malas hierbas? Porqué? 3. El drenaje es una labor de desmonte o de movimiento de tierras?

BIBLIOGRAFIA 1. BERLIJN J., “Maquinaria de Desmonte y Movimiento de Tierras” Ed. UNA La Molina, Lima, 1963, 114 p. 2. CULPIN C., “Farm Machinery” BSP Professional Books, Gran Bretaña 1987, 450 p. 3. ARAUJO H., “Herramientas, maquinas y equipos utilizados en el desarrollo parcelario de los campos Proyecto TTA, Lima 1993, 32 p. 4. FAO. Guidelines: Land evaluation for irrigated agriculture. Soils Bulletin 55, Rome 1985. 5. ROCKLAND Clearing Equipment, Catálogo 2003. 6. UNIVERSITY OF ALASKA, “Agricultural Land Development Practices”, FGV 00241, Fairbanks, 2001.

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