Motriz Requerida Fuerza Motriz Disponible Fuerza Motriz Utilizable Por diseño, se produce una máquina para que haga un trabajo en determinadas condiciones. La utilización óptima del maquina depende del grado de comprensión del contratista y el operador con respecto ala fuerza motriz requerida par hacer el trabajo a la fuerza motriz disponible de la maquina y la fuerza motriz utilizable según las condiciones del trabajo . Considere un tractor traílla de ruedas totalmente cargado que asciende una pendiente por un camino de acarreo mojado. Lo primero que debe determinarse es la FUERZA MOTRIZ REQUERIDA para que el tractor traílla suba la pendiente. Luego se debe establecer si la maquina tiene suficiente FUERZA MOTRIZ DISPONIBLE para efectuar el trabajo. De no ser así habré que aligerar la carga o utilizarse una máquina de mayor potencia. Suponiendo que la FUERZA MOTRIZ es suficiente debe considerarse después si es posible emplearla en su totalidad ¿qué efectos produciría en la tracción el camino de acarreo mojado? Fuerza motriz requerida. Es la fuerza necesaria para mover una maquina en una superficie, tal como a través de un corte o por un camino de acarreo los factores que determinan la fuerza motriz requerida son la resistencia a la rodadura y la resistencia en la pendiente. LA FUERZA REQUERIDA ES IGUAL A LA RESISTENCIA A LA RODADURA MAS LA RESISTENCIA EN LA PENDIENTE. Ambas se miden el kilogramos de tiro o de empuje. RESISTENCIA A LA RODADURA es la fuerza que opone el suelo al giro de la RUEDAS de un vehículo para que el vehículo pueda moverse es necesario contrarrestar dicha fuerza. Hay varias causas que se combinan para producir la resistencia a la rodadura. La mas importantes son la fricción interna la flexión de los neumáticos, la penetración de los neumáticos, y el peso sobre las ruedas. Fricción interna es la que se produce en el tren de fuerza desde el volante del motor hasta los neumáticos . la causan los componentes
mecánicos, tales como los cojinetes, que producen cierta resistencia al movimiento. La flexión de los neumáticos aumenta la resistencia al movimiento debido a que los flancos y la banda de rodadura se deforman al girar los neumáticos. La magnitud de dicha de formación depende del diseño. Inflación y presión de los neumáticos, así como de la superficie en la cual ruedan. El peso sobre las ruedas es la SUMA del peso del vehículo vació y el de la carga que conduce. Peso Bruto del Vehículo = peso de la máquina vacía – peso de carga. En una máquina de movimiento de tierra a la cual se le suministran debidamente las tareas de conservación. Los efectos de la fricción interna y de la flexión de los neumáticos pueden considerarse una constante. La regla empírica aceptada en la industria es que equivale al 2 % del Peso Bruto del Vehículo ( PBV). Por lo tanto el 2% por tonelada de peso es 0.20 x 1000 kg t = 20kg/t. Esto significa que se requiere 20 kg de tiro o empuje por cada tonelada de peso para mover una máquina de neumáticos en una superficie dura, parejea y a nivel. Ejemplo. Un tractor traílla de ruedas viaja en un camino de hormigón a nivel. ¿ Qué porcentaje del peso bruto del vehículo es la resistencia a la rodadura. y a razón de cuántos kg por tonelada ? Puesto que no existe pendiente ni penetración de los neumáticos, la resistencia a la rodadura es igual al 2% del Peso Bruto del Vehículo , ó 20 kg/t. Estos son valores constantes que actúan en toda maquina de neumáticos. ¿qué efectos produce la resistencia a la rodadura en los vehículos de carriles? Desde un punto de vista práctico, no causa ningún efecto. Un vehículo de carriles lleva consigo sus propias vías de acero. Dado que estas “vías” son de acero. Siempre permanecen duras y lisas. Como es evidente, no hay que preocuparse de ninguna flexión ni penetración de los neumáticos.. Al considerar la resistencia a la rodadura de una
maquina de CARRILES, tan solo debe tomarse en cuenta la fricción interna en el tren de fuerza. Este factor permanece relativamente constante y se compensa con la diferencia entre la potencia en el volante y la potencia en la barra de tiro. La fuerza de tracción medida en la barra de tiro es la que hay disponible. Sin las perdidas internas en el tren de fuerza. Puesto que en las graficas del libro sobre Rendimientos de los Productos Cartepillar. Así como en las hojas de especificaciones de las maquinas, se da las fuerzas de tracción en la barra de tiro para varias velocidades de recorrido y determinadas marchas, no es necesario tomar en cuenta la resistencia a la rodadura en las maquinas de carriles, la cual se produce al penetrar los carriles en el suelo. Las condiciones del camino de acarreo constituyen un factor importante en la resistencia a la rodadura. Si los caminos de acarreo se conservan bien las maquinas de acarreo pueden utilizar mayor porcentaje de velocidad, y pueden mover el material con mas rapidez y mayor eficiencia de un punto a otro. Esto significa ciclos mas rápidos y mayor producción. Por el contrario si hay descuido en la conservación , los neumáticos se hunden en el suelo y baja la velocidad. A causa de la penetración de los neumáticos, aumenta la resistencia a la rodadura en proporción directa a la Profundidad de penetración LA EXPERENCIA A DEMOSTRADO QUE POR CADA cm. DE PENETRACION DE LOS NEUMATICOS UNA MAQUINA DEBE VENCER 6 Kg./t. DE RESISTENCIA ADICIONAL A LA RODADURA. Ejemplo: Un tractor-Traílla de ruedas autocargador utilizado en la construcción de una carretera viaja por un camino de acarreo de tierra en la que la penetración de los neumáticos es de 5cm. ¿Cuál es la resistencia a la rodadura del vehículo? Por cada cm. de penetración de los neumáticos debe vencer 6 Kg./t. De modo que por 5 cm. de penetración, la resistencia es de 30 Kg./t (5 x 6 Kg./t = 30 Kg./t). Pero tenga siempre presente que hay que considerar también el factor de resistencia constante de 20Kg/t. O sea el 2%. Por consiguiente para obtener la resistencia total a la rodadura de sumarse los dos valores.
30 Kg/t + 20 Kg/t =50 Kg/t. Aunque no haya una penetración mensurable de los neumáticos, una maquina puede tener alta resistencia a la rodadura debido a que cede el suelo en que rueda .- la superficie se comprime al pasar los neumáticos por encima, y luego recobra su estado original. Cuando la superficie del camino cede bajo un neumático, lo que ocurre desde un punto de vista practico es que tiene que ascender al salir de la depresión que ha creado. Como es natural esto causa un aumento en la resistencia a la rodadura. Puesto que las condiciones del terreno varían de acuerdo al numero posible de factores de la resistencia a la rodadura es casi limitado, sin embargo por finalidades practicas se han establecido factores generales como normas de la Industria. La Figura 1 muestra un cuadro típico de Factores de Resistencia a la Rodadura (FRR), que también se haya en el libro sobre rendimientos de los Productos Cartepillar. Los valores abarcan de 20 a 200 Kg/t. Advierta usted que en un camino blando y fangoso, o en arena la resistencia a la rodadura puede alcanzar 200 Kg. Por cada tonelada del peso bruto del vehículo. Nota : Los valores del cuadro toman en cuenta el factor CONSTANTE de resistencia a la rodadura, así como los efectos de causas tales como la PENETRACION DE LOS NEUMATICOS.
TABLA GRAFICA 1 NORMAS ACEPTADAS POR LA INDUSTRIA SOBRE FACTORES DE RESISTENCIA A LA RODADURA. Kg/t.
Lb/Tonl.
20
(40)
Un camión firme, liso y ondulado, hecho de tierra con recubrimiento ligero que ceda un poco bajo la carga, reparado con bastante regularidad y regado. 35
(65)
Nieve Compacta
25
(50)
Nieve Suelta
45
(90)
Un camino estabilizado, pavimentado, duro y liso que no ceda bajo el peso y que se riega y repara.
Un camino de tierra, con baches y surcos que cede Bajo la carga, se repara muy poco o nada y no se Riega,los neumáticos penetran 25 mm................... 50
(100)
Camino de tierra con baches y surcos, blando sin estabilizar y que no se repara la penetración de los neumáticos es de 100 a 150 mm. (4” 6”) 75
(150)
Arena o grava suelta
(200)
Camino blando y fangoso con surcos no se repara
100
100 a 200 (200 a 400)
El tamaño de los neumáticos y la presión de inflación reducen o aumentan las cifras de la tabla. Los datos indicados son bastante exactos para hacer estimaciones cuando no hay disponible a la información especifica sobre el rendimiento de un equipo determinado o de las
condiciones del suelo. Por ejemplo en una superficie dura y lisa, un camión para fuera de la carretera, equipado con neumáticos traseros dobles, podría tener un factor de resistencia a la rodadura tan bajo como de 20 Kg/t o sea el 2%. Una vez determinado el factor de la resistencia a la rodadura (FRR) puede hallarse la RESISTENCIA A LA RODADURA (RR) multiplicando el factor de resistencia a la rodadura por el Peso Bruto del vehículo. Ejemplo: SUPONIENDO QUE BV = 110 y FRR = 65 Kg/t. ENTONCES RR = 65 Kg/t x 110 t O SEA RR = 7150Kg. RESISTENCIA EN LA PENDIENTE, es la fuerza de gravedad que debe vencer un vehículo cuando asciende una pendiente. La magnitud de dicha fuerza depende del peso total del vehículo, YA SEA DE CARRILES DE RUEDA. En trabajo de movimientos de tierra, las pendientes se miden frecuentemente por el porcentaje de inclinación, que es la relación entre la elevación vertical ( o descenso) y la distancia horizontal en el cual se produce la elevación o descenso. Por ejemplo en la figura 2, una elevación de 10 m. En una distancia horizontal de 100 m. Es una pendiente del 10 %.
TABLA GRAFICA 2
Cuando una pendiente es ascendente (adversa) se requiere mayor potencia, además de la resistencia a la rodadura. En este caso la pendiente es una fuerza desfavorable. Si la pendiente es cuenta abajo o favorable el efecto es ventajoso, y se denomina ayuda en la pendiente. Por cada 1% de pendiente, hay una fuerza de ayuda equivalente a 10 KG/t del Peso Bruto del vehículo. Esta relación puede expresarse mediante una formula: LA RESITENCIA EN LA PENDIENTE ( O AYUDA EN LA PENDIENTE) ES IGUAL AL PESO BRUTO DEL VEHICULO MULTIPLICADO POR LA INCLINACION DE LA PENDIENTE, EXPRESADA EN PORCENTAJE POR TONELADA METRICA, No convierta el porcentaje de inclinación en decimal. Si la pendiente es del 3%, utilice 3 en la formula. Ejemplo: Un tractor traílla de ruedas . con PBV de 100 t. Esta escalando una pendiente del 5%. Resistencia en la Pendiente = 100t. X 5 x 10 Kg./t = 5000 Kg. Ya sea que el terreno es cuesta arriba, cuesta abajo o a nivel, siempre debe considerarse la resistencia a la rodadura cuando se trabaja con máquinas de neumáticos, pero no con las de carriles. cuando un vehículo asciende una pendiente, debe vencer la resistencia a la rodadura y la resistencia en la pendiente RESISTENCIA TOTAL = RESISTENCIA A LA RODADURA + RESISTENCIA EN LA PENDIENTE, cuando avanza en un terreno a nivel, un vehículo de neumático a solo tiene que vencer la resistencia a la rodadura RESISTENCIA TOTAL = RESISTENCIA A LA RODADURA en un recorrido cuesta abajo un vehículo debe vencer la resistencia a la rodadura, menos la ayuda en la pendiente de modo que la RESISTENCIA TOTAL = RESISTENCIA A LA RODADURA – AYUDA EN LA PENDIENTE. En un recorrido cuesta abajo es más importante tomar en cuenta consideraciones tales como los frenos y los neumáticos que los requisitos de potencia.
PENDIENTE COMPENSADA. Resistencia a la rodadura y resistencia en la pendiente son los factores que determinan la potencia( trabajo(fuerza x long) / tiempo) requeridas en la maquina . La fuerza requerida es igual a la resistencia total. La ecuación será la siguiente Fuerza Motriz requerida, o Resistencia Total = Resistencia a la Rodadura en kg más la Resistencia en la pendiente (en Kg). La resistencia total también se puede expresarse como porcentaje. Es la pendiente compensada asea la RESISTENCIA A LA RODADURA (%) + LA RESISTENCIA EN LA PENDIENTE (%). Se halla convirtiendo el factor de resistencia a la rodadura en un porcentaje, basándose en la relación de 10 Kg/t. = 1% y sumándolo al porcentaje de la pendiente existente. Lo que debe recordarse acerca de la fuerza motriz requerida . la pendiente compensada o la resistencia total es que las tres significan lo mismo. La única diferencia es que la fuerza motriz requerida se expresa en Kg. La pendiente compensada, en porcentaje y la resistencia total en Kg. o porcentaje. Es importante la pendiente compensada por que se necesita para utilizar las graficas de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras, el rendimiento de los frenos y las graficas de tiempo de viaje en el libro de rendimiento de los productos Cartepillar. Ejemplo: Supóngase que un tractor - traílla de ruedas autocargador se halla en un camino de acarreo firme y liso, con un factor de resistencia a la rodadura de 30 Kg/t y una pendiente cuesta arriba del 3% ¿Cuál es la pendiente compensada?. Lo primero que debe hacerse es convertir el factor de resistencia a la rodadura de Kg/t a porcentaje. Como 10 Kg/t. = 1%, 30 Kg/t será igual a 3%. Considerando que la pendiente compensada se halla combinando la resistencia a la rodadura y la resistencia en la pendiente, súmese 3% (resistencia a al rodadura) mas 3% (resistencia en la pendiente) y se obtendrá 6% que es la resistencia total. Fuerza motriz disponible una vez que se determina la fuerza requerida hay que hallar la fuerza que habrá disponible. Cuantos Kg. de tracción habrá disponible en una maquina para hacer el trabajo.
Hay dos factores que determinan la fuerza disponible, potencia y velocidad, potencia es la tasa de ejecución de trabajo en relación con el tiempo y constituye un valor constante en una maquina determinada. La relación entre velocidad, potencia y tracción en Kg. puede mostrarse así :POTENCIA =TRABAJO EN Kg. x VELOCIDAD puesto que la potencia será constante, la tracción disponible en Kg. cambiara al variar la velocidad. CASOS .1.-En marcha rápida hay menos tracción ( un tractor - traílla de ruedas vació que va a toda velocidad en un camino de acarreo duro, liso y a nivel), 2.-Si emplea fuerza de tiro es menor su velocidad (Un tractor de carriles en una operación de desgarramiento). 3.-Es muy posible que ambas maquinas tengan la misma potencia. El tiro en Kg. aumenta a medida que disminuye la velocidad y viceversa. TENER PRESENTE PARA MAQUINA DE RUEDA Y ORRUGA 1.-Las transmisiones de las maquinas de movimientos de tierra suministran combinaciones de velocidad y tracción de acuerdo con los requisitos de diversos trabajos. 2.-Esas combinaciones incluyen desde baja velocidad y gran tracción hasta alta velocidad y baja tracción. 3.-Se muestran en las hojas de especificaciones de los fabricantes y en el libro de rendimientos de los productos Cartepillar. 4.- Lan figura 3 es una grafica típica de tracción en la barra de tiro en la relación con la velocidad. PARA MAQUINA DE CARRILES O ORRUGA 1.-Concerniente a un tractor de carriles con servo-transmisión ( debe tenerse presente que los factores de carriles con servo-transmisión son maquinas con convertidor de par) Los convertidores de par proporcionan un número ilimitado de relaciones de velocidad entre los ejes primario y secundario sin que se produzca ningún desplazamiento de engranajes. El convertidor de par es un mecanismo hidráulico que utiliza la potencia del motor para mover una bomba que a su vez impulsa chorros de aceite contra las aspas de una turbina conectada a las ruedas motrices. 2.-La elección de una marcha de operación suministra cierta combinación de velocidad y de tracción. a.-En la primera marcha se obtienes baja velocidad y alta tracción, mientras.
b.- En la tercera marcha proporciona mayor velocidad y menos tracción. PARA MAQUINAS DE RUEDAS 1.-Cuando se trata de vehículos de rueda, el tiro se mide en la fuerza de tracción de las ruedas propulsora. A sea la que hay entre los neumáticos y el suelo a fin de mover el vehículo hacia delante. 2.- Las maquinas provistas de convertidor de par motor tienen una escala mas amplia de tiro ( o sea de tracción en las ruedas propulsoras) en relación con diversas velocidades debido a esto además de las graficas anteriormente mencionadas se incluyen en el libro de rendimiento de los productos Cartepillar graficas de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras en función a la velocidad para maquinas con convertidor de par. USOS DE TABLAS Y GRAFICOS 1.- Lan figura 3 es una grafica típica de tracción en la barra de tiro en la relación con la velocidad. 2.- La figura 4 muestra una grafica de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras en función a la velocidad correspondiente a tractores. de ruedas. QUE PROPORCIONA LAS GRAFICAS 1.- Nos entregan fica da la velocidad estimada en que una maquina puede viajar, así como la tracción que es capaz de ejercer bajo ciertas condiciones. 2.-Se toma en cuenta factores tales como el par del motor y la eficiencia del tren de fuerza, lo cual permite determinar : a.- la fuerza motriz disponible de una maquina para hacer trabajo. b.- La fuerza de tracción en las ruedas propulsoras se indica en kgs y (lbs) en las escalas verticales. c.- La velocidad .km/hr MPH . se muestra en las escalas horizontales de abajo, d.- y el Peso Bruto del vehículo en la parte superior de la grafica. Las líneas diagonales indican en la resistencia total o pendiente compensada. EJEMPLO-PROCEDIMIENTO Ejemplo: ¿Cuál es la potencia disponible y la velocidad máxima de un tractor-traílla las ruedas con Peso Bruto de 50000 Kg. 22700 Kg de carga y una resistencia total (o pendiente compensada) del 8%?. 1.-Ubique primero el peSo de 50000 Kg. en la escala superior de pesos brutos. 2.-Advierta que la escala es en millares y luego descienda hasta el punto en que 50000 Kg.
3.-cruza en el punto “A”, la línea de resistencia total del 8% a continuación pase horizontalmente hasta la curva del cambio o marcha mas alta., Punto “B”, 4.-y luego efectué desde este punto las dos operaciones siguientes : (1) para hallar la fuerza motriz disponible en las ruedas de propulsión pase horizontalmente hasta el punto C. (2) y para determinar la velocidad, descienda al punto “D”, en la escala de velocidades de abajo. 5.- E n este ejemplo la maquina tiene una potencia disponible de 4000 Kg. de tiro y una velocidad potencial de 16 KM./h en 5ª. velocidad de las tres curvas correspondientes a cambios que cruza la línea “CB” (1ª, 2ª, 5ª) la 5ª alcanza velocidades mas altas. LA FUERZ MOTRIZ UTILIZABLE Fuerza motriz utilizable ¿Cuáles son los limites impuestos por las condiciones actuales del trabajo? Después de hallar el valor de la fuerza motriz disponible hay que determinar la cantidad realmente utilizable. Fuerza motriz utilizable , depende del agarro de las ruedas o carriles en el suelo y de la altitud, varia de acuerdo con el peso de las ruedas propulsoras o carriles y la clase de superficie en la cual se mueve la maquina la fuerza motriz máxima disponible se halla limitada principalmente por el peso sobre las ruedas propulsoras o en el caso de los vehículos con carriles por el peso de toda la maquina. UNA MAQUINA NO PUEDE EJERCER MAS TRACCION QUE LA EQUIVALENTE AL PESO SOBRE LAS RUEDAS O CARRILES PROPULSORES. Por ejemplo. Si el diseño de un tractor-traílla de ruedas determina que el 55% del peso bruto del vehículo se halla sobre las ruedas propulsoras la fuerza de tracción máxima disponible en las ruedas propulsoras no puede excederse del 55% del peso bruto del vehículo. CASOS QUE SE PRESENTADA EN LA PRACTICA Infortunadamente rara vez puede utilizarse en el trabajo toda la fuerza motriz disponible. EL agarro o las condiciones del suelo determinan en que proporción puede transferirse de modo efectivo la tracción disponible a la superficie en la cual marcha la maquina. El efecto de ciertas condiciones especificas del suelo puede indicarse mediante el coeficiente de agarro que es la relación entre el numero de kilogramos de tracción que una maquina ejerce, antes de producirse el
resbalamiento de las ruedas o carriles y el paso total en Kg. sobre los carriles o ruedas propulsoras. Por ejemplo si una maquina tiene 40000 Kg. en las ruedas propulsoras y las ruedas comienzan a resbalarse cuando se aplica una tracción de 20000 Kg. el coeficiente de tracción para el material de la superficie es de 2000 Kg. dividido por 40000 Kg. a sea 0.5, si es mayor la demanda de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras (fuerza motriz requerida) la maquina no puede moverse pues las ruedas propulsoras se resbalarían. La figura 5 muestran los coeficientes de tracción tanto de neumáticos como de carriles en varias clases de superficies. Tome nota de los diferentes tipos de materiales cuyos coeficientes de tracción se indican así como la diferencia entre los valores correspondientes con un material determinado tal como hormigón. Utilizando al coeficiente de tracción y al peso sobre las ruedas propulsoras, puede determinarse la fuerza motriz utilizable en Kg. mediante la siguiente formula: FJUERZA MOTRIZ UTILIZABLE = COEFICIENTE DE TRACCION x PESO SOBRE LAS RUEDAS PROPULSORAS. TABLA O GRAFICAS 5
Ejemplo: ¿ Cuál es la fuerza motriz utilizable de un tractor de carriles que trabaja en marga arcillosa mojada? La máquina peso 20 000 kg En este caso
Fuerza Motriz Utilizable = Coeficiente de agarro De la marga arcillosa Mojada x Peso del Tractor Fuerza Motriz Utilizable = 0.70 x 20 00 kg = 14 000kg anteriormente se menciono que la altitud es uno de los factores que determinan la fuerza motriz utilizable. Con el aumento de altitud, el AIRE pierde su densidad. A más de 1000 m, la menor densidad del AIRE produce una reducción en el suministro de potencia en algunos motores. Mientras mayor sea la altitud, mayor es la pérdida. La perdida de potencia en el motor determinar una disminución proporcional de tracción en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras. La fuerza REQUERIDA continúa igual a cualquier altitud, pero la tracción disponible disminuye a medida que aumenta la altitud. Los motores de aspiración natural, o sea los que no tienen turboalimentador ni soplador para forzar más aire en los cilindros, sufren más perdidas. Debe considerarse una pérdida de potencia a razón del 3% POR CADA 300 m ADICIONALES A PARTIR DE UNA ALTITUD DE 1000 m SI NO HAY DISPONIBLE INFORMACION MAS EXACTA. Por ejemplo, trabajando a 1600 m, el tipo disponible en kg debe reducirse en un 6%. Los motores turboalimentados mantienen generalmente su potencia indicada hasta altitudes mucho mayores que los de aspiración natural . por lo general, no es necesario considerar ninguna pérdida a menos de 2300 m. En la sección de datos sobre Movimiento de Tierras. En el libro de Rendimiento del Equipo Carterpillar, se dan los factores de pérdida de potencia en el equipo Carterpillar. Conociendo la fuerza motriz requerida, la disponible y la utilizable el contratista sabe si podrá hacer un trabajo determinado. Sobre esta base, puede comenzar a estimar la producción.
ESTIMACIÓN RENDIMIENTO EN UNA OBRA: Como hay tantos factores que influyen en un trabajo determinado, el contratista necesita saber todo lo que se a posible sobre el trabajo, antes de hacer una licitación atinada. Y aunque no hay dos trabajos que sean exactamente iguales, existen varias similitudes, las cuales forman la base de cada trabajo. Reconociendo dichas similitudes y sabiendo lo que debe hacerse, un contratista tendrá un buen punto de partida para la solución de sus problemas. Como hay tantos factores que influyen en un trabajo determinado, el contratista necesita saber todo lo que se a posible sobre el trabajo, antes de hacer una licitación atinada. Y aunque no hay dos trabajos que sean exactamente iguales, existen varias similitudes, las cuales forman la base de cada trabajo. Reconociendo dichas similitudes y sabiendo lo que debe hacerse, un contratista tendrá un buen punto de partida para la solución de sus problemas. En tiempo. El contratista sabe cuántos metros cubicos. de tierra hay que mover en la ejecución del trabajo. Además, cuenta con un determinado periodo de tiempo para llevarlo acabo. Sobre estas bases puede calcular cuantos metros cúbicos por hora debe mover para terminar el trabajo a tiempo. Ejemplo A un contratista lo señalan cuatro semanas para mover 100 000 m de tierra. El trabaja 10 horas diarias a razón de seis días por semana. Por lo tanto. En 4 semanas trabaja 24 días ( 6x 4 ) En 24 días trabaja 240 horas ( 24 x 10) En 240 horas debe mover 100 000 m de tierras, o sean 416,6m por hora ( 100 00 / 240) Antes de saber si puede conseguir dicho rendimiento, necesita conocerla producción por hora con el equipo que tiene. Lo mejor es determinar lo que puede hacer en cada máquina. Posteriormente trataremos de la producción de máquinas especificas, pero ahora nos vamos a ocupar de la producción de una máquina en general. Cuando se utiliza una máquina en el trabajo – sea cual sea – es necesario que ejecuta cuatro funciones básicas.
Carga, acarreo, descarga y regreso. Debe indicarse que todo trabajo incluye las cuatro funciones mencionadas, si bien cada una varía en longitud y características entre una obra y otra. Tiempo del Ciclo: En toda obra de movimiento de tierra, la máquina ejecuta las operaciones de acuerdo con un determinado ciclo - carga, acarreo, descarga y regreso – o cierta variación de tal forma. El tiempo del ciclo es el periodo que invierte una máquina para ejecutar dichas operaciones. Una vez que se trace una obra de movimiento de tierra, y comiencen las operaciones, es fácil estimar en el trabajo el tiempo del ciclo de cualquier máquina en particular, midiendo el tiempo de los ciclos completos de varias máquinas y luego sacar el termino medio. Por supuesto la cosa es diferente si no se ha comenzado el trabajo. Es un problema que usualmente lo resuelve un contratista o estimador al preparar una licitación para una obra en particular, o posteriormente cuando trata de planear el mejor trazo de la obra, en relación con el equipo que tiene . Al hacer la estimación, tal vez decida que seria atinado adquirir mas maquinas para hacer el trabajo. Posiblemente la razón mas importante de calcular el tiempo del ciclo es a fin de estimar la producción. Un beneficio secundario es que se pueda reducir el tiempo del ciclo con el mejoramiento del plan de operaciones. Recuerda que el tiempo es oro y que el tiempo economizado en una obra de movimiento de tierra constituye dinero en el banco para el contratista. El tiempo de ciclo puede calcificarse en dos categorías principales: TIEMPO FIJO Y TIEMPO VARIABLE. Tiempo fijo es el que se utiliza en la carga y descarga, con inclusión de las maniobras necesarias. Estas porciones del ciclo son bastantes CONSTANTES, sea cual sea la longitud del acarreo y del regreso. El tiempo variable es el tiempo de viaje o para ser más exactos, el que se invierte en las porciones del acarreo y regreso, del ciclo. Dicho tiempo varía según la distancia y condiciones del camino de acarreo entre la zona de carga y la de descarga o relleno, como suele denominarse.
Las operaciones de cálculo se simplifica considerablemente al considerar ej dos partes el tiempo de ciclo. La mayoría de los fabricantes publican las constantes del tiempo fijo correspondiente a su equipo basándose en estudios realizados en el campo con el objeto de que se utilicen al estimar la producción. Sin embargo debe indicarse que dichas constantes solo se suministran para utilizarse a modo de guía. Es siempre mejor calcular el tiempo fijo. O ajustar el tiempo fijo dado a fin de que se ajuste a las condiciones del material y de la obra. El tiempo del ciclo determina el número de viajes por hora y es evidente que la meta de un contratista es efectuar el mayor numero posible de viajes por hora. Para conseguir esto debe mantenerse al mínimo el tiempo de ciclo. Hay muchas forma de reducir el tiempo del ciclo. Todos son procedimiento basados en “sentido común”, y cuando no se siguen baja la producción y suben los costo por unidad de trabajo lo cual podria motivar perdidas. FORMAS DE REDUCIR EL TIEMPO FIJO. 1. siempre q sea posible los costos de prestamos deben ser situados en tal forma q sea posible la carga cuesta a bajo 2. elimina el tiempo de espera en el corte equipando traíllas y empujadores en una relación correcta para la obra, y además ajustando el tiempo de carga cuando cambien las distancia de acarreo y las condiciones del trabajo 3. Los tractores empujadores pueden estar provistos de desgarradores. En algunos casos es una necesidad el desgarrar la tierra a las rocas antes de la carga. FORMAS DE REDUCIR EL TIEMPO VARIABLE 1. trace con cuidado los caminos de acarreo. Debe subrayarse el hecho de que el trazado del trabajo es uno de los aspectos mas importantes en toda obra de movimiento de tierra. Auque todos están de acuerdo en que la distancia mas corta entre dos puntos es la línea recta, algunas veces es mejor hacer el trazo en torno de las colinas y sectores escabrosos. 2. conserve los caminos de acarreo continuamente. La conservación de los caminos de acarreo es usualmente una operación en que se requiere utilizar una moto-niveladora mientras dure el trazo. Un buen camino de acarreo economiza tiempo y dinero.
MATERIAL Los conocimientos que se requieren par la ejecución económica y eficiente de obras de MOVIMIENTO DE TIERRA constituyen una ciencia. Toda obra de excavación presenta dificultades y problemas y al mover la tierra cambian ciertas características de las materias que la constituyen. Estos cambios dependen de las propiedades de los componentes. Es necesario para el contratista en la industria de movimiento de tierra es conocer las propiedades físicas de las materias. Solo conociéndolas es posible determinar la “FACILIDAD DE CARGA” de las materias. Tolo que puede indicarse al respecto es que se trata de una característica general. Si un material se excava y carga sin ninguna dificultad se dice que posee en alto grado dicha propiedad. por el contrario si es difícil excavarla y cargarla, no posee facilidad de carga. Ciertos tipos de arcilla y marca se cargan con gran facilidad. Se empujan con una hoja topadora o se cargan con la traílla, tal como se encuentran en estado natural. Existen en cambio. Materias tales como el esquisto, las rocas blandas o la capa dura de tierra que quieren primero fragmentarse con un desgarrador, y hasta voladura. La elección de equipo para un trabajo depende especialmente de la facilidad o dificultad en cargar el material en cuestión. Generalmente, el contratista de obra de movimiento de tierra clasifica las materias de modo siguiente: Rocas Tierras y otras materias del suelo Mezcla de rocas y tierras. ROCAS .- E n esta clasificación se incluye el granito de piedra caliza los esquistos, etc y materia similares que suelen requerir algún procedimiento especial antes de cargarlas. Todos los otros materiales se consideran como tierra. MATERIAS QUE FORMAN EL SULEO.- consisten en rocas descompuestas o desintegradas y se clasifican usualmente de acuerdo con el tamaño de sus partículas. Por ejemplo: la grava tiene partículas
grandes mientras que las de la arcilla son muy pequeñas. Por su parte la aren ay el limo son materias cuyas partículas ocupan un lugar intermedio entre la grava y la arcilla. La propiedad de retener la humedad tiene mucha importancia para el contratista, pues el contenido de agua influye en el peso y en la facilidad o dificultad de moverla. MEZCLA DE ROCAS Y DE TIERRA.- Corresponden al tipo mas común de suelos en el mundo los nombres suelen darse a estas mezclas diversas, se basan en los diferentes porcentajes de rocas y de tierras que las forman. Todas las materias en su estado natural tienen usualmente cierto estado de humedad, lo cual depende de las condiciones del tiempo del avenamiento o drenaje, así, como de su propiedad de absorberla y retenerla. Hasta cierto punto, el contratista puede regular o modificar dichos factores. Aunque no le es posible hacer llover, pueden rociar agua mediante un camión de riego. Si las condiciones de avenamiento o desagüe natural no son satisfactorias pueden abrir zanjas con tal finalidad. Así mismo, puede utilizarse un disco para aireación. La calidad de retención de la humedad es un material también puede modificarse algunas veces, pero generalmente no es practico hacerlo en obras de movimiento de tierra. SON TRES LAS CARACTERISTICAS: Que un contratista considere al material que debe excavar y mover DENSIDAD, EXPANSION Y COMPRESIBILIDAD. DENSIDAD. La densidad aproximada del material que va a moverse es una de las características que un contratista necesita conocer. No puede asumir el rendimiento de un equipo determinado sin saber el peso por metro cúbico del material que hay que transportar. Por ejemplo: supongamos que la capacidad colmada de un tractor traílla de ruedas determinado es de 34 m y hay la recomendación de que se considere el peso de la carga a 47 200 Kg.. si la carga es considerada materia liviana, se alcanzará la capacidad de volumen cuando aún falta mucho para obtener la capacidad de peso sin embargo, si el material es grava mojada un material muy pesado, se sobrepasará la capacidad de peso antes de alcanzar el volumen. Además del problema con respecto a las limitaciones en la carga la densidad del material también influye en lo que respecta a la forma en la cual se carga un tractor- traílla de ruedas, se empuja material con un
tractor topador ose esparce la tierra con una moto-niveladora. La densidad del material afecta el rendimiento del equipo en toda operación en que mueve. La densidad también influye en los VIRAJES MANIOBRAS Y ACARREO a gran velocidad de la máquinas de movimiento de tierra. En general mientras mayor sea la densidad de un material mayor será la fuerza requeridas para moverlo. Sin embargo mientras no se exceda la capacidad de peso y volumen, el equipo trabaja satisfactoriamente. Definiciones: METROS CUBIDO EN BANGO (m’b) un metro cúbico de tierra como se halla en estado natural ( Mide 1m x 1m) METRO CUBICO SUELTO (m’ s) Volumen de tierra después de expandirse como resultado de haberse excavado y que mide 1 m x 1m Utilizando estas definiciones, podemos tratar de la expansión. EXPANSION es el AUMENTO DE VOLUMEN del material cuando se excava del banco se expresa como porcentaje del volumen en banco. Por ejemplo la expansión de tierra vegetal es 43% lo cual significa que un metro cúbico de tierra en estado natural tendrá un volumen de 1.43 m’ cuando está suelta. Si expresamos dicha relación en una formula y la aplicamos al mismo ejemplo, tendremos lo siguiente:
