Monografia de Tractor Oruga

FACULTAD DEINGENIERÍA CIVIL

I.

INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se analizará la funcionalidad del bulldozer o tractor sobre oruga, el cual es un pilar fundamental dentro de la construcción, en lo que es movimiento de tierras para urbanizaciones en general, labores forestales, construcción de caminos entre otros. Así mismo esta elaboración del tema tiene la intención de hacernos reflexionar acercade la importancia que tiene el hecho de conocer los fundamentos bajo los cuales hansido diseñadas las máquinas que nos permiten realizar los trabajos de movimiento detierra y los criterios de uso que deberíamos tener en cuenta para obtener la mejorrelación costo/beneficio. Estamos convencidos que el conocimiento de los parámetros de diseño nos permitirándar un adecuado uso a las maquinarias y poder también seleccionar la máquina másapropiada para determinada tarea o trabajo a realizar. Les agradecemos cualquier comentario y/o enmendadura que nos hagan llegar.

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II.

OBJETIVOS:

 Describir el tractor oruga.  Conocer los accesorios especiales del tractor oruga.  Describir las operaciones que realizan el bulldozer.  Mencionar las funciones del rendimiento de tractor oruga  Entender y realizar el cálculo del rendimiento del bulldozer.

III.

MARCO TEÓRICO

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Maquina autopropulsada, de gran peso, dotada de uno o varios rodillos o ruedas cuya funcion consiste en planificar y dar la compacidad requerida del material sobre el cual se desplaza. Todos los compactadores deberan ser autopropulsados, tener inversores del sentido de la marca de accion suave y estar dotados de dispositivos para mantenerlos humedos en caso necesario. El tractor oruga es la máquina básica y versátil en la industria de la construcción. Sirve para multitud de fines, tales como mover cargas empujándolas o jalándolas, como unidad motriz para malacates y pequeñas torres elevadoras, y como para cuchillas de bulldozer, plumas laterales y cucharones de carga frontal. El término bulldozer puede usarse en un sentido amplio para incluir tanto a los bulldozer como los angledozer. Estas máquinas pueden dividirse además basándose en el método de levantar y bajar la cuchilla, como controlado por cables o hidráulicamente. Los bulldozers son máquinas versátiles en muchos proyectos de construcción, en donde pueden utilizarse desde el principio hasta el fin de la operación La operación regular de movimiento de tierras es prácticamente un conjunto de movimientos rectos de avance y retroceso. Cuando el tractor se mueve hacia delante, su hoja frontal se encaja en el terreno cortándolo, para obtener su carga. El tractor debe recorrer algunos metros para obtener su carga completa. Por ejemplo una hoja típica de corte de unos 15 cm, recorrerá más de 12 metros hacia delante para obtener su carga completa. Esta carga será como una cuña móvil de tierra, empujada delante de la hoja. Los bulldozers se montan con las cuchillas en forma perpendicular a la dirección de avance, mientras que los angledozer se montan con las cuchillas formando un ángulo con la dirección de avance. Los primeros empujan la tierra CAMINOS II

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hacia delante mientras que los segundos lo hacen hacia delante y hacia los costados. Algunas cuchillas pueden ajustarse de tal forma que sirvan de bulldozer como de angledozer. El tamaño de la máquina está indicado por la longitud y altura de la cuchilla. Pueden instalarse placas en los extremos de las cuchillas para reducir el derramamiento cuando se utiliza para mover tierra. Presenta algunos beneficios con relación al montado sobre ruedas tales como; entrega mayor esfuerzo de tracción, especialmente al estar operando en un terreno suave como por ejemplo un suelo suelto o lodoso, habilidad para viajar sobre superficies lodosas, habilidad para operar en formaciones rocosas en donde pueden dañarse seriamente las llantas, habilidad para viajar sobre caminos ásperos, lo cual disminuye los costos de mantenimiento de caminos de acarreo; mayor flotación debido a las menores presiones bajo las orugas: mayor versatilidad en el empleo en obra; trabajos en pendientes más inclinadas donde los de ruedas se volcarían fácilmente. También presentan algunas características como las que se refieren a tiempos de desplazamiento según las condiciones de trabajo.

III.1

. ACCESORIOS ESPECIALES PARA TRACTORES DE ORUGA

Se ha visto que el tractor con hoja topadora y malacate es una máquina que puede efectuar todos los trabajos de descuaje. Sin embargo, se obtendrá un mejor rendimiento si el tractor va dotado de accesorios especiales. Estos accesorios se montan casi siempre en lugar de la cuchilla frontal. Su instalación y desmontado suelen ser rápidos, lo que permite emplearlos únicamente en los trabajos para los que han sido construidos. En realidad, su utilización para otros fines conduciría a una sensible baja en el rendimiento del tractor. Examinaremos rápidamente estos accesorios, agrupándolos según el tipo de trabajo que realizan: a) Máquinas escarificadoras b) Cuchillas rozadoras y arrancaraíces c) Descuajadoras diversas. CAMINOS II

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Máquinas escarificadoras Escarificadores de tracción o montados. Estas máquinas se utilizan para preparar el trabajo del bulldozer. Mullen los suelos demasiado compactos, destruyen las costras o capas superficiales duras, cortan y arrancan las raíces, etc. El trabajo posterior de los bulldozers, palas mecánicas u otras máquinas queda así facilitado. Existen escarificadores remolcados o montados, dientes escarificadores situados delante de la cuchilla y dientes escarificadores situados detrás de la cuchilla. El escarificador de tipo desraizador (rooter). Es la máquina típica de esta categoría. Puede ser de tracción o remolcado. En el primer caso, va provisto de ruedas que sustentan un bastidor portaherramientas de altura regulable mediante un sistema de cables. Si va montado en el tractor, los órganos de trabajo se adaptan a un bastidor fijo sobre el tractor capaz de ascenso y descenso.

Actuación de los dientes escarificadores.

El escarificador montado parece a primera vista más eficaz que el de tracción, pero presenta el inconveniente de exigir mayor tiempo de montaje. Son muchos los constructores de escarificadores montados o de tracción, pero los modelos varían poco. Los dientes escarificadores que se montan sobre la cuchilla de empuje tienen CAMINOS II

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idéntica misión que el escarificador, pero son de construcción mucho más simple, puesto que la cuchilla y su bastidor le sirven de asiento. El modo de actuación es diferente: en el escarificador de tracción la barra de unión al tractor ejerce un esfuerzo dirigido ligeramente hacia arriba, con tendencia de los dientes a salir del suelo cuando la resistencia es excesiva; se mantienen clavados gracias a su perfil y al peso del escarificador. El tractor es libre de saltar o patinar cuando el esfuerzo es excesivo. Por el contrario, el esfuerzo de presión ejercido por el tractor sobre los dientes fijos montados en el bulldozer se dirige hacia abajo y tiende a mantener los dientes clavados, sea cualquiera la resistencia del suelo, retenidos por el cable o los husillos. El tractor no puede así saltar, su adherencia es mayor y su potencia se utiliza al máximo.

EscarificadordesraizadorEsco

Dientes escarificadores situados delante de la cuchilla del bulldozer. Los dientes escarificadores están formados por un gancho robusto, regulable en profundidad y con punta de ataque intercambiable. El diente va sujeto en un alojamiento, fijo a su vez sobre la hoja mediante dos mordazas que lo afianzan a la parte superior e inferior de la misma, sin necesidad de abrir orificios. El CAMINOS II

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montaje es fácil y rápido. Estos dientes actúan a la vez que la cuchilla del bulldozer, el suelo queda con ello mullido a medida que se avanza. Pueden instalarse, según convenga, uno o dos dientes en la cuchilla. Para desmontarlos se recomienda clavarlos primero en el suelo, pues así quedan en posición de trabajo y listos para ser montados de nuevo sin ninguna otra operación. La característica común de todos estos dientes escarificadores es que pueden montarse rápidamente para un trabajo dado y desmontarse una vez terminado este trabajo. Pueden también regularse en profundidad. «Back ripper» Preco. Su función es idéntica a la del aparato anterior y se monta también sobre el bulldozer, pero actúa cuando el tractor retrocede y utiliza así el tiempo muerto entre dos pasadas de cuchilla. Este retroescarificador está constituido por cuatro dientes dirigidos hacia atrás y articulados. Cuando el tractor avanza los dientes se retiran automáticamente deslizándose por el suelo. En marcha atrás, se colocan por sí mismos en posición de trabajo y atacan el terreno. El tractor utiliza así alternativamente la cuchilla o el escarificador, sin maniobra especial alguna del conductor. Existen dos modelos de retroescarificador: uno se monta detrás de la cuchilla del bulldozer y el otro en el bastidor portacuchilla. En ambos casos existe un dispositivo para retirar los dientes cuando no se utilizan. El «Back ripper» es de empleo cómodo y sería ventajoso utilizarlo con frecuencia: por trabajar durante el tiempo muerto del tractor no perturba absolutamente la marcha. En este tiempo de trabajo recuperado se efectúa una operación que facilita mucho el trabajo del bulldozer. Los estudios hechos por el ejército estadounidense muestran un aumento en el rendimiento del tractor que llega a 100 por ciento en condiciones difíciles. En condiciones medias o fáciles la producción puede aumentarse en un 30 por ciento. En muchos casos el “Back ripper” puede evitar el empleo de explosivos o de picos. Cuchillas desbrozadoras Estos accesorios son en realidad topadores de forma especial provista de dientes y construida para el descuaje. La cuchilla rozadora es preferible a la topadora ordinaria, siempre que no se prevea el movimiento de tierras. El CAMINOS II

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transporte de tierra que efectúa automáticamente la topadora exige un esfuerzo inútil que influye en modo sensible sobre el rendimiento del tractor. Así pues, será preferible la cuchilla rozadora, sobre todo porque algunos modelos tienen una capacidad muy superior a la de las topadoras ordinarias. Retroescarificador en marcha atrás (a la izquierda), en marcha adelante (centro) y con los dientes retirados detrás de la cuchilla (a la derecha).

El arrancacepas queda así en posición de trabajo y puede volverse a montar en pocos instantes y sin ninguna otra operación. ArrancacepasFleco.

Cabría arrancacepas (pullstumper). Este accesorio se engancha en la barra CAMINOS II

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porta-herramientas del tractor y está formado fundamentalmente por un gancho robusto de acero fijo sobre un bastidor que puede elevarse con el malacate. Penetra hasta 20 cm. en el suelo. Este accesorio puede utilizarse: a) Para cortar las raíces alrededor de un árbol que deba derribarse con la topadora o de una cepa que deba extraerse; b) Para arrancar las propias cepas: los movimientos de tracción y balanceo provocados extraen fácilmente las cepas grandes. La cabria arrancacepas Fleco en funcionamiento.

Taladora (tre edozer). Este accesorio sirve para derribar árboles. Está formado por dos piezas fundamentales: un sólido larguero elevado y una topadora en V. Ambos se accionan independientemente por cable y malacate de tambor doble. En un matorral de altura media, la cuchilla en V penetra en la vegetación como la proa de un barco, cortándola y dejándola a ambos lados. El testero horizontal derriba los árboles. Mientras el larguero se apoya lo más alto posible en el tronco del árbol, la punta de la cuchilla penetra en el tocón y lo eleva merced a la acción del torno de elevación. El trabajo de la máquina puede ser rápido. Gyrodozer 7 G Caterpillar. Este accesorio se monta sobre tractores de oruga D7. Está integrado por una cuchilla topadora recta (no del tipo inclinable) provista en su parte inferior de cuatro dientes gruesos. Los brazos oblicuos de CAMINOS II

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empuje, roscados en casi todas las cuchillas, quedan aquí sustituidos por husillos. Estos husillos confieren a la pala: a) Un movimiento de inclinación vertical importante: puede conseguirse una diferencia de altura hacia arriba o abajo de 45 cm. entre el centro y el extremo de la hoja (ángulo de 15° hacia arriba o abajo). b) Un movimiento basculante hacia adelante o atrás hasta un ángulo máximo de 16° 30'. Este balanceo se efectúa alrededor de las uniones de los Brazos de empuje horizontal. En la mayoría de los modelos Gyro 7G Caterpillar bulldozer los brazos laterales que se emplean normalmente para mantener la cuchilla en posición rígida se sustituyen con mecanismos hidráulicos.

III.2

. RENDIMIENTO DE TRACTOR ORUGA

El rendimiento de esta máquina depende de una buena relación entre la hoja empujadora y el tractor, además, también influyen en el rendimiento las CAMINOS II

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características del material que se va a mover, tales como: 

Tamaño y forma de las partículas: Cuanto más grandes sean las partículas, más difícil es la penetración de la cuchilla; y como las partículas de bordes cortantes se oponen a la acción natural de volteo que imparte la hoja empujadora, se necesita más potencia que para mover igual cantidad de tierra con partículas de bordes redondeados.



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 una ligazón que debe romperse. Un material bien nivelado carece de vacíos y es generalmente muy denso, de modo que es difícil extraerlo del banco o tajo.



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 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 en función del mayor contenido de humedad y del descenso de temperatura. El enfriamiento de una materia completamente seca no altera sus características. La penetración fácil de la hoja depende de la relación de KW por metro (o por hp por pie) de la cuchilla. Cuando más alta sea la relación de KW/m, mejor es la penetración. La relación de potencia por m 3de material suelto indica la capacidad de la hoja para empujar la tierra con más velocidad.

El rendimiento de un bulldozer se halla según la siguiente ecuación: Rendimiento (m3 sueltos/hora) = Producción máxima (m 3/hora)*Factores de corrección

Es de anotar que la producción máxima es función de la distancia promedio de empuje y del tipo de combinación tractor-hoja que se utilice.

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Curvas para diferentes tipos de factores combinados con diferentes tipos de hojas.

El factor de corrección se toma según las condiciones del trabajo y las condiciones del material que se va a mover. A continuación mostramos la tabla CAMINOS II

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donde se presentan diferentes factores de corrección según las condiciones de trabajo.

Hasta ahora tenemos todos los datos que son necesarios para poder calcular el rendimiento de los bulldozer según las condiciones del terreno y las características del mismo, a modo de ejemplo procederemos a hallar los rendimientos de los bulldozer D6, D7, D8 y D9, los cuales son las más utilizados en la obras de construcción en nuestro territorio, el cual presenta las siguientes condiciones iniciales: Condiciones iniciales en las obras de construcción

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Gráfica de porcentaje (%) de pendiente vs factor de empuje

Como inicialmente se comienza por realizar el descapote, y como vimos anteriormente, la maquinaria sobre orugas es la más adecuada para comenzar a realizar los trabajos pues tiene mayor facilidad de acceso a lugares difíciles de alcanzar, los factores de corrección se tomaron en todos los casos para bulldozer sobre orugas. En la tabla que se muestra a continuación podemos observar la producción máxima, el rendimiento calculado y el tiempo que se demora cada uno de los bulldozer en estudio para realizar el descapote del proyecto. Es de anotar que para todos los casos se calculará el rendimiento de la maquinaria con hojas CAMINOS II

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semi-universales que son las que se utilizan más comúnmente en nuestro medio. Según estudios realizados una longitud de acarreo de 100 m, se obtuvo el siguiente rendimiento de la maquinaria:

De acuerdo a los resultados que se relacionan en la tabla anterior, se deduce que es casi imposible recomendar una sola máquina dependiendo solamente de las propiedades geotécnicas del suelo., pues sobre el rendimiento de dicha máquina también influyen factores tales como el porcentaje de pendiente del terreno, la distancia de acarreo, la eficiencia del trabajo, la habilidad de operador, etc. Por lo tanto lo más recomendable para un proyecto de construcción es realizar un análisis de rendimiento para diferentes maquinarias que se tenga disponible en las diferentes etapas del proyecto, ya que las condiciones de trabajo se van modificando a medida que este avanza.

CALCULO DEL COSTO HORA - MAQUINA (TRACTOR DE ORUGAS)

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III.3

. OPERACIONES REALIZADAS POR BULLDOZER CAMINOS II

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3.3.1. EMPUJE Una operación de empuje se realizará con una hoja frontal de empuje montada en el extremo frontal del tractor. Las condiciones de carga para el bulldozer, variaran desde las relativamente ligeras y uniformes, hasta las aplicaciones de fuerza de impacto necesaria, a través de la hoja, para mover una piedra muy grande, como arrancar una raíz o derribar un árbol. Para llenar los requisitos de fuerza de impacto, se prefiere la transmisión directa. De lo contrario, para las variaciones más ligeras y graduales de carga de un bulldozer, es mejor que posea convertidor de par de torsión. Para todos los usos es mejor tener transmisión de cambios de potencia. 3.3.2. DESMONTE O DESPEJE: Esta función requiere en la mayoría de los casos de un angledozer que posee

una

hoja

angular

especial

de

empuje

y

accesorios

de

desgarramiento. 3.3.3. DESGARRAMIENTO Los materiales sólidos o fuertemente consolidados pueden tener que aflojarse sea por una maniobra de rasgamiento o desgarramiento, o por una perforación o voladura. Cuando las condiciones del trabajo indiquen operación de desgarramiento, debe hacerse otras determinaciones preliminares. El uso final del material es importante, si va a ser utilizado como material de relleno, de nivelado o se va a desechar. Controlando la distancia

entre

las

pasadas

o

los

accesorios,

puede

regularse

perfectamente bien el tamaño del material arrancado.

III.4

. FUNCIONES DEL RENDIMIENTO DE TRACTOR ORUGA

La cuchilla de un bulldozer, tiene una capacidad teórica que varía con las clases de tierras y con el tamaño de la cuchilla. Si se conoce la capacidad de la cuchilla, puede determinar el rendimiento aproximado de una maquina CAMINOS II

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estimando el número de pasadas que pueda efectuar en una hora. Según el jefe de movimiento de tierras de la obra el rendimiento de la maquina es de unos doscientos metros cúbicos por hora. La capacidad aproximada de una cuchilla de bulldozer puede determinarse a través de la carga que empuje la cuchilla: las mediciones reales de las cargas representativas darán mejores resultados que las estimaciones. El tiempo total de un equipo para acarreo de tierra (TT) es, básicamente, la suma de cuatro componentes; tiempo de carga (TC); tiempo variable de movimiento con carga (TVC); tiempo variable de traslado del equipo vació (TVV); tiempo de vaciado. TT = TC + TVC + TV + TVV. Para estimar la productividad de un bulldozer debe descomponerse su ciclo de trabajo en partes significativas. El bulldozer estará cargando durante una parte de su recorrido, por lo que no es necesario separar el tiempo de carga de esta operación. Se tiene el tiempo variable (TVC`) que usa el empujador en su recorrido con la carga, y el tiempo (TVV`) que utiliza en regresar en reversa para tomar la siguiente carga, lo cual hace con la hoja levantada y vacía. Cada uno de estos tiempos variables puede determinarse simplemente dividiendo la distancia recorrida entre la velocidad de marcha, en metros por minuto (m/min) para el engranaje empleado. Los tiempos variables determinados de esa manera, no toman en cuenta el tiempo que toma llegar del reposo hasta la velocidad regulada del trayecto, o viceversa. A este tiempo adicional se le conoce como tiempo de aceleración o de desaceleración, y se le considera como tiempo fijo (TF) a causa de su naturaleza constante. Si se hace el viaje en cualquier dirección en un engranaje que solo requiera el cambio de marcha hacia delante a reversa, se puede considerar que el tiempo fijo del empujador es de 0.10 a 0.15 minuto. Si es necesario un cambio adicional a una velocidad más alta en cualquiera de las dos direcciones, el tiempo fijo podría estimarse en 0.20 a 0.30 minuto. El tiempo total de ciclo del empujador se determina por una modificación de la CAMINOS II

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ecuación. TT = TF + TVC` + TVV` III.5

. COSTOS DEL EQUIPO

Las consideraciones básicas para los costos del equipo sobre orugas son las mismas que para todos los equipos de movimiento de tierras. La parte más importante del costo horario total del funcionamiento de este equipo, es el costo del bulldozer mismo. La operación de los tractores más pequeños seria la excepción, en la que los salarios del operador podría representar una partida mayor, además de considerar que estas máquinasmás pequeñas podrían transportarse directamente sobre carretera y no utilizar camiones especiales para tal función. Un costo que debe observarse con cuidado, por parte del usuario responsable, es

el

de

las

reparaciones

mayores,

la

cual

debe

considerarse

aproximadamente igual a la tercera parte del costo de adquisición. Esta última recomendación se está eliminando de las empresas mandantes con la incorporación de contratistas especializados los cuales absorben dichas consideraciones. En el caso de nuestra obra obtuvimos los costos de transporte proporcionados por el jefe de movimiento de tierras encargado, los cuales fueron los siguientes. ARRIENDO: $ 30.000. -- /hr. + IVA incluido. COSTO TRANSPORTE: $120.000. - dentro de los 100 km. III.6

. MANTENIMIENTO DEL EQUIPO

El mantenimiento periódico es uno de los factores a considerar en el costo de la maquinaria ya que regularmente debe estarse haciendo un control de engrasado y aceites en general. Según estudios y experiencias recomiendan las siguientes acciones para mantenimiento: 

Cambio de aceite de motor a las 250 hrs. CAMINOS II

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Cambio de filtro de aceite a las 250 hrs. Cambio de filtro de petróleo a las 250 hrs. Cambio de filtro de aire a las 250 hrs. Cambio de aceite hidráulico a las 1000 hrs. Cambio de aceite de sistema de transporte a las 1000 hrs. Cambio de aceite mandos finales a las 1000 hrs.

     

IV.

CONCLUSIÓN

Se puede concluir de todo este trabajo que la maquina en estudio, un bulldozer, nos otorga un gran poder de trabajo en cualquier estado del terreno con la excepción de los pantanosos como ya se ha mencionado pero no lo aleja de trabajar en pendientes más inclinadas de lo común en donde trabajan otra máquinas de ruedas ya que otorga mayor estabilidad por la mejor dispersión de la carga propia sobre el terreno. Además se puede señalar sobre la gran potencia que desarrolla, que incluso se utiliza rompiendo rocas señalando que en las puntas inferiores de la cuchilla posee las punta cantonera que son especies de espolones para un mejor hincado de la cuchilla en el terreno. Con este trabajo queda abierta una brecha para realizar el siguiente trabajo sobre un cargador frontal o una motoniveladora que son utilizadas en movimientos de tierra, lo cual me ha interesado muchísimo por las grandes capacidades de poder de estas máquinas que representan gran ayuda en el rubro de la construcción. CAMINOS II

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V.

BIBLIOGRAFÍA 

Maquinaria para construccion. (R.L Peurifoy ).



690.028 D33 

 

VI.

Metodos, planeamiento y equipos de construccion (David A. Day). 690.028 P462. Pagina internet komatsuamerica.com. suplementos de revistas de internet.

ANEXO TRACTOR ORUGA

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