TRACTORES Y DESGARRADORES TRACTORES Los tractores son máquinas especialmente preparados para la excavación y empuje de tierras, equipados con una hoja delantera que se puede levantar o bajar por medio de un control hidráulico, El peso y la potencia disponible de la máquina, determina su capacidad de empuje. Los tractores pueden desplazarse sobre orugas o cadenas como sobre r uedas. Tractor sobre orugas El sistema de tracciones en un tractor sobre orugas, consiste en un sistema donde la oruga se compone de una robusta viga maestra de apoyo que soporta en la parte posterior una rueda dentada para arrastre de la oruga, en la parte delantera una rueda lisa de guía y entre estas ruedas dos trenes de rodillos: sirviendo los rodillos inferiores para repartir el peso del tractor sobre las orugas, y los rodillos superiores para soportar y guiar la parte superior de la cadena. Las orugas están provistas de placas, de forma y anchura variable según las condiciones del terreno, de forma que la presión sobre el suelo suelo alcanza un máximo de 0,60 kg/cm2 para evitar los atascos en terrenos poco resistentes.
Características
Velocidades máximas de entre 7 y 15 km/h. Potencias de entre 140 y 770 HP. Transmisiones mecánicas. Pesos en servicio de entre 13,5 y 68 t. Capacidad de remontar pendientes de hasta 45º.
Tractor sobre ruedas Los tractores neumáticos poseen una capacidad de tracción menor a los tractores sobre orugas pero tienen mayor velocidad de desplazamiento, Se construyen tractores sobre neumáticos con dos ejes o con uno, tienen velocidades de desplazamiento hasta de 60 Km/h Transmiten al suelo una presión de 0,35 MPa (3,5 Kg/cm2) . Para su operación requieren superficies estables y uniformes, con poca pendiente, para evitar hundimientos que disminuyen su tracción. t racción. Las llantas de los tractores con neumáticos son más anchas proporcionando una mayor área de contacto e incrementando la flotación, adicionalmente Los tractores de dos ruedas tienen fácil maniobrabilidad, para hacer giros en espacios reducidos. Su fuerza de tracción es mayor comparada con el de cuatro ruedas, debido a que la resistencia a la rodadura es menor por tener un solo eje. Su costo de mantenimiento es menor por el menor número de llantas. Los tractores de cuatro ruedas tienen mayor estabilidad, por lo cual pueden transitar por caminos más accidentados y desarrollar una mayor velocidad. Tienen la ventaja que pueden desacoplarse de la unidad de remolque y usarse para otros fines.
Características
Producen menos compactación en el suelo Tracción en las cuatro ruedas. Velocidades máximas de desplazamiento de entre 16 y 60 km/h. Potencias de entre 170 y 820 HP. Transmisiones mecánicas o eléctricas. Pesos en servicio de entre 18,5 y 96 t.
El tractor puede ser dotado de una gran cantidad de elementos, pero los elementos primarios y comunes en la mayoría de los tractores destinados para trabajos de movimientos de tierras son: - Hoja Topadora
- Ripper o desgarrador Hoja Topadora Una hoja de empuje o topadora consta de una lamina con unos elementos de fijación que sirven para unirla a la parte delantera del tractor, la lámina no es, en ningún caso, totalmente plana, teniendo una ligera curvatura en sentido vertical que ayuda a que el material arrancado sea enrollado hacia adelante, por el propio movimiento del tractor, aumentando de esta manera su rendimiento. La lámina es de sección en caja múltiple, Reforzada con nervios interiores formados por vigas de acero, El borde inferior de la hoja lleva una o varias cuchillas de gran dureza y resistencia, Sujeta mediante tornillos con el fin de poder cambiarla cuando sea necesario. Su ancho es ligeramente superior al tractor, colocada perpendicularmente al eje del mismo, posee vados movimientos y siempre el de elevación o descenso. El proceso de excavación se realiza encajando la cuchilla a una determinada profundidad en el terreno, la cuchilla corta y rompe el material que sube por la curva de la hoja hasta que cae adelante, se mantiene así en movimiento más o menos giratorio, que tiende a emparejar la carga y ofrece la mínima resistencia. Tipos de Hoja Topadora Dependiendo del trabajo que va a realizar, el empujador puede usar diferentes tipos de hojas:
HOJA RECTA "S": aconsejada para trabajos de empuje en general, especialmente en aquellos que requieren pasadas cortas o de media distancia. Es la de mayor versatilidad y capacidad para trabajos en roca. En su parte superior es ligeramente curvada, al fin de evitar que el material excavado transportado caiga hacia atras. Por este mismo motivo los laterales pueden tener una ligera inclinación hacia adelante (semi —U) y en sus extremos dos placas soldadas perpendicularmente al plano de la hoja.
HOJA AMORTIGUADA "C": Se utiliza para el empuje de traíllas, sus muelles de amortiguación suavizan y facilitan esta operación, su menor ancho permite una mejor visibilidad al operador y una mayor maniobrabilidad.
HOJA UNIVERSAL O EN "U" Usada para el empuje de grandes volúmenes de material a largas distancias. Por esto, la curvatura de los extremos de la hoja impulsa el material hacia el centro de la misma, disminuyendo los derrames laterales. Se utilizan para modelos de tractores de mayor tamaño, principalmente efectúan trabajos para la habilitación de tierras, amontonamiento de materiales para los cargadores frontales, para la excavación de suelos livianos de poca densidad, Relativamente tienen mayor longitud y altura, y una menor penetración que su equivalente en hoja recta "S".
HOJA SEMI UNIVERSAL “SU”: Combinan la capacidad de retención de la carga de las hojas
universales con la capacidad de penetración del terreno de las hojas rectas en un solo diseño de alto rendimiento , Tiene mayor capacidad por habérsele añadido alas cortas que incluyen sólo las cantoneras. Las alas mejoran la retención de la carga y permiten conservar la capacidad de penetrar y cargar con rapidez en materiales muy compactados y de trabajar con una gran variedad de materiales en aplicaciones de producción. Un cilindro de inclinación aumenta la productividad y versatilidad de esta hoja. Equipada con una plancha de empuje, es buena para cargar traíllas.
HOJA PARA TRACTORES TOPADORES TRANSPORTADORES “CD”: La hoja CD está disponible
solamente para el tractor topador transportador más grande. Está construida con los mismos requisitos de integridad estructural que las hojas topadoras “U” y “SU”. La hoja CD tiene una forma de “cucharón” que le permite transportar vari os metros cúbicos de material en la hoja. Este
material actúa como contrapeso descartable que permite que el tractor topador transportador empuje más material por pasada. La hoja CD no es tan eficaz como las hojas “U” y “SU” en
materiales muy comprimidos Sufre más a causa de material retenido en la hoja al trabajar con materiales pegajosos.
HOJA ANGULABLE "A": Tienen mayor longitud y menor altura, pueden situarse en posición recta o girar a derecha o izquierda ajustándose en diversas posiciones intermedias hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal del tractor, Tiene la curvatura de la parte superior más acentuada para que la tierra excavada no alcance excesiva altura. No tiene placas laterales en ningún caso. También pueden inclinarse lateralmente para que uno de sus extremos penetre en el terreno en el ámbito inferior del opuesto. Especialmente han sido diseñadas para efectuar empuje lateral, Se utilizan para efectuar el corte inicial en los movimientos de tierras, en la apertura de zanjas y cunetas, en el empuje de diferentes tipos de materiales, etc.
HOJA ANGULABLE E INCLINABLE A POTENCIA “P”
La versatilidad es la característica principal de esta hoja al poder realizar una gran variedad de trabajos desde desarrollos de sitios hasta trabajo general de empuje y aplicaciones de servicio pesado. En algunas máquinas el ángulo y la inclinación se controlan con dos palancas, mientras que en otras máquinas se usa una palanca solamente. La hoja VPAT (orientable e inclinable a potencia con cuchilla variable) puede inclinarse mecánicamente hacia adelante para obtener mejor penetración o para desmenuzar material pegajoso o hacia atrás para conseguir mayor productividad y facilitar el nivelado de acabado. Los tractores con este tipo de hoja tienen un bastidor que consiste de brazos de empuje y de una conexión delantera en forma de V, o de U entre ellos, la hoja está sujeta a estos por medio de una articulación de pivote, y los extremos exteriores de la hoja están artículados a brazos ajustables que pueden conectarse en tres puntos del brazo de empuje.
HOJA DE RADIO VARIABLE “ VR”
La hoja VR de radio variable combina los beneficios de una hoja SU, o sea la habilidad de corte y penetración del suelo con las características de la hoja U de mayor retención y menos derrame de material. Esto se obtiene con la vertedera de radio variable. Esta hace que la tierra se mueva hacia el centro de la hoja y crea por esto una mayor acción de rodadura del material. Las planchas laterales extendidas retienen el material y aumentan su capacidad. La hoja VR de radio variable es una herramienta excelente para mejoramiento de terrenos, conservación del suelo, desarrollo urbano o construcción en general.
Movimientos de la hoja de empuje Los movimientos que pueden tener las hojas topadoras son tres: Ascenso y descenso De ascenso y descenso en torno a las sujeciones traseras de los brazos de empuje, se consigue mediante uno o dos hidráulicos.
Inclinación transversal Inclinación transversal (tilt), en plano de su lámina inclinando cualquiera de sus extremos hacia el suelo. Se consigue por medio de los tornapuntas que unen la hoja con el brazo de empuje alargando o acortando uno de ellos. Hay que tener cuidado al aplicar toda la fuerza del tractor en un extremo de la hoja porque se pueden producir deformaciones en el sistema, aunque esta posición ayuda a realizar algunos trabajos que necesitan una mayor fuerza puntual. Es particularmente útil cuando el tractor se emplea para realizar planos inclinados.
Inclinación vertical Inclinación de incidencia de la hoja pitch o tip, en lomo a un eje de pase por los puntos de sujeción de los brazos de empuje. Variando así el ángulo de ataque de la cuchilla con el suelo acortando o alargando los dos tornapuntas a la vez.
USOS PRINCIPALES El diseño del tractor tiene por objeto fundamentalmente convertir su potencia en fuerza tractiva de utilización práctica en muy diversas operaciones, tales como excavación, desbroce de árboles y arbustos, remolque de traíllas sobre terrenos inestables, pantanosos y con fuerte pendiente, remolque de apisonadoras, arados, etc., como empuje para el movimiento de traíllas. También se utilizan para trabajos de mayor precisión, como ser nivelación de terraplenes, desmonte de los lugares de corte, empuje y acopio de materiales, apertura de cunetas, peinado inicial de taludes, etc.: DESMONTE. Los terrenos en los que se van a efectuar excavaciones, hacer rellenos o a nivelarse, deben desmontarse primero. En el desmonte se incluye la remoción de la vegetación que pueden ser hierbas, malezas, matorrales o tocones. El tractor es la máquina más adecuada para realizar este trabajo. Los matorrales árboles pequeños pueden ser removidos con un tractor caminando con la cuchilla en contacto superficial con el terreno. Actualmente se han desarrollado una gran variedad de aditamentos para tractores que los habilitan para realizar hasta los trabajos más severos del desmonte tales como cuchillas de filo cortante, taladores en V, cuchillas tipo rastrillo, empujadores de árboles, arados cortadores de raíces, etc.
TÉCNICAS a) Si el árbol es pequeño. se levanta la hoja lo más alto posible y se empuja este haciéndolo caer. Posteriormente se hinca la hoja y se arrancan las raíces. b) Si el árbol es mediano y no puede tumbarse por el procedimiento antes descrito, se excava alrededor De este y con la tierra removida se hace una rampa que permite que el equipo ataque al árbol más arriba, facilitando su vuelco. c) Si el árbol es alto se puede derribar tirando de ellos por un cable de grueso adecuado, amarrado en la parte superior del tronco. cuidando de que la longitud del cable sea mayor a la alrnra del árbol, para evitar accidentes. Si es alto, frondoso y de gran diámetro. se le aplica una carga explosiva a la base y se procederá a su acarreo. EXCAVACIONES.- El tractor se opera levantando o bajando la hoja, inclinándola hacia adelante o hacia atrás según sea el tipo de material a cortar y el tipo de excavación que se vaya a realizar. Conforme va moviéndose hacia adelante el material se va excavando y apilando al frente y avanza junto con el tractor. La inclinación correcta de la hoja es un factor muy importante para la eficiencia del trabajo sobre todo en terrenos duros. APERTURA DE CUNETAS: Por cuneta se entiende una zanja de sección triangular o trapezoidal que sirve para el drenaje de la zona, generalmente de poca profundidad. Se marca con estacas 10 a 15m el eje de la misma por la comisión de Topografía: guiándose por dicha alineación se inclina la hoja al máximo. Con la hoja al sesgo (es decir. hacia abajo y en ángulo trabajando como Angledozer) y se avanza excavando longitudinalmente quedando así el material extraído en un lateral: se retrocede por el otro borde. repitiéndose los pases hasta llegar a la profundidad deseada. TENDIDO DE MATERIAL.- El tractor empujador puede extender montones de material caminando sobre los mismos con la cuchilla elevada a la rasante deseada. ARRASTRE DE OTROS EQUIPOS.- El tractor está habilitado para jalar tanto como para empujar por lo que su aplicación como auxiliar de otros equipos es grande. Se utiliza para jalar compactadores, MototraillaS, arados, etc. DESGARRAMIENTO.- Cuando el tractor se utiliza para el desgarre de suelos se le conoce como desgarrado. TRANSPORTE DE MATERIALES. Los tractores niveladores se construyen fundamentalmente para transportar con rapidez grandes cantidades de materiales a cortas distancias (50 a 80 m.). Aclarando, que si el transporte debe hacerse a distancias mayores conviene utilizar otras máquinas.
CALCULO DE PRODUCTIVIDAD DE TRACTORES CON TOPADORA La productividad de los tractores depende de las dimensiones de su hoja topadora, de la potencia del motor, del tipo de suelo (granulometría, forma de las partículas, contenido de roca, humedad, etc.), de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe empujar el material excavado, de la habilidad del operador, etc. Características del suelo que influyen en la productividad de los tractores a) Tamaño y forma de las partículas.- Mientras más grandes sean las partículas del suelo presentarán una mayor dificultad a la penetración de la cuchilla. Las partículas de bordes cortantes dificultan la acción de volteo que produce la hoja, exigiendo una mayor potencia. b) Cantidad de vacíos.- Cuando no hay vacíos, o son muy pocos, la mayor parte de la superficie de cada partícula está en contacto con otras. Esto constituye 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. e) Contenido de agua.- Contenido de agua. En casi toda materia seca es mayor la ligazón entre las partículas, y es más difícil la extracción. Y si está muy húmeda, pesa más y se necesita más potencia para moverla. Con un grado óptimo de humedad, es muy bajo 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. MÉTODO PARA CALCULAR LA PRODUCCIÓN La productividad de las máquinas de construcción se mide en metros cúbicos por hora (m3/hora), o yardas cúbicas por hora. Su cálculo está basado en el volumen que es capaz de producir la máquina en cada ciclo de trabajo, lo cual depende principalmente de sus dimensiones, y en el número de ciclos que es capaz de ejecutar por hora.
P = es la producción en m³/h. E = es la eficiencia del trabajo en min/h. tc = Tiempo del ciclo en horas.
V = Capacidad de la hoja en m 3. Para obtener el volumen compacto habría que dividir el resultado entre el coeficiente de abundamiento, después de aplicar los factores de corrección correspondiente al tipo de trabajo que realiza. Para calcular la producción por hora de un tractor excavando y/o empujando tierra, inicialmente se debe obtener los siguientes datos: Capacidad de las hojas. Para conocer la capacidad de las hojas existen las siguientes opciones: a) Consultar los catálogos de los fabricantes de las hojas. b) Hacer aforos en el campo. Para ello se pueden llevar con el tractor varias cargas a un sitio y formar un montículo. Después se mide el volumen del montículo y se divide por el número de cargas llevadas por el tractor. c) Por medio de fórmulas. Haciendo el diagrama de cuerpo libre de una hoja con carga, se puede demostrar fácilmente que:
* + Donde: H: altura de la hoja. L: longitud de la hoja. α: ángulo que for ma el talud de la carga con la horizontal.
Tiempo del ciclo: Para calcular el tiempo del ciclo de la maquina se debe tomar en cuenta que: V
375 xH . Px0.80
FT
F.T= fuerza tractiva en libras FT= R.R. + R.P. H.P= Potencia nominal de la maquina en h.p V= Velocidad en millas por hora A la fuerza tractiva desarrollada por el tractor se le opondrán dos tipos de resistencias: la resistencia al rodamiento y la resistencia a la pendiente. Resistencia al rodamiento: es la fuerza que se opone al movimiento de una maquina sobre un camino a velocidad uniforme RR = Peso de la maquina x Coeficiente de RR Resistencia a la pendiente: es la componente del peso de la maquina paralela al plano inclinado. RP = Peso de la maquina x % de pendiente/100 La fuerza tractiva disponible determina la velocidad de marcha que a su vez nos permite calcular el tiempo del ciclo, Los tiempos fijos tienen una duración entre 0.05 a 0.25 de minuto. Y los tiempos variables van a depender de la distancia de acarreo y la velocidad de la máquina que generalmente con la máquina cargada puede ser de 1.5 a 3 Km/h. Los tractores empujadores tienen ciertas limitaciones en cuanto a la distancia de acarreo y al nivel del piso de excavación. La distancia máxima de acarreo aconsejable es de 100
metros, al excederse resultaría antieconómico el uso de esta máquina. De cualquier manera debe considerarse que en distancias mayores de 30 metros el rendimiento disminuye 5% por cada 30 metros adicionales. Así mismo cuando se trabaja cuesta arriba el volumen disminuye 4% por cada 1 % de pendiente. Otro factor que afecta el rendimiento de estas máquinas es la altitud a la que se encuentran trabajando. Se considera que arriba de los 1000 metros sobre el nivel del mar, la producción se afecta del orden del 1 % por cada 100 metros de altura. El uso de turbocargadores y enfriadores de aire de adminsión en'los motores de los tractores tiende a compensar esta disminución en el rendimiento. La producción de los tractores empujadores también pueden estimarse utilizando las curvas que se muestran más adelante y aplicando los factores necesarios; la formulasería: Producción real = (producción máxima) * x (factores de corrección)
Curvas de producción para empuje de material con tractores de oruga y hoja recta tomados del fabricante. Factores de corrección
1
1
0.75
0.6
1.2
1.2
0.8
0.8
0.7
0
0.6
0
Resistencias al rodamiento RR TIPO DE TERRENO
RR [kg/T]
Duro y parejo (pavimento, hormigón que no cede bajo el peso). Firme, grava, algo ondulado, cede poco a las llantas.
20,0 32,5
Arcilla dura, con surcos, cede bastante bajo el peso. Penetración máxima de neumáticos de 2-3cm.
50,0
Tierra sin estabilizar, surcado, cede mucho. Los neumáticos se hunden de 10 a 15cm. Tierra blanda, fangosa, surcada o arena
75,0 100 -200
Cuando se trata de tractores de ruedas, la resistencia al rodamiento afecta al tractor y a la máquina remolcada, si esta trabaja apoya sobre ruedas, ya que ambas máquinas marchan sobre ruedas. Por lo tanto, para calcular la resistencia al rodamiento de cualquier combinación de tractor de ruedas y apero remolcado, deben considerarse ambos pesos: Peso sobre las ruedas = Peso del tractor + Peso remolcado + Carga Debe tenerse en cuenta que los tractores de orugas no presentan resistencia al rodamiento, ya que estos llevan consigo sus propios caminos de acero, siempre parejos y firmes. Por lo tanto, no existen problemas de penetración de las ruedas, ni hay neumáticos que se flexionen. En este caso se debe considerar la fricción interna entre la catalina y la oruga, la cual desde el punto de vista práctico, se puede despreciar, por tanto; RR Tractor oruga = 0. Material pesado; si se trata de mover mayor de 1790 kg/m3 en banco o 1370 kg/m3 suelto, obtener el coeficiente dividendo estos pesos entre el real (la producción debe decrecer). Eficiencia de trabajo 50 min/hora
0.80
0.84
40 min/hora
0,67
0.67
Transmisión directa no automática 0.1 min, tiempo fijo
0.80
Cuchilla empujadora Cuchilla angulable en A
0.60
0
Cuchilla amortiguable en C
0.50
0.50
EJERCICIO DE APLICACIÓN Un D8L con una hoja recta 8S excava un material arcilloso muy compactado y acarrea a una distancia de 90 m., en una pendiente positiva deI 4% y a 2500 m.s.n.m. El peso volumétrico suelto es del 1650 kg/m3 y se trabajan horas de 50 minutos con un operador normal. Calcular la producción horaria. De la gráfica la producción ideal es de 275 m sueltos/hora.
Factores de Corrección Operación 0.75
Material difícil de cortar 0.80 Peso volumétrico 1370/1650= 0.83 Eficiencia horaria 50/60=0.84 Pendiente 0.92
Producción real P= 275x0.75x0.80x0.83x0.84x0.92 = 105.83 m3 sueltos/hora Verificando con la formula:
Calculando capacidad hoja: Longitud = 4.17 m Altura = 1.73 m. Considerando un talud de reposo del material de 2H: 1V.
Capacidad = 4.17 x (1.73) 2/(2/2) = 12.92 m3 sueltos, Cálculo del ciclo
Peso del material excavado: 12,92 m3 x 1650 kglm3 = 21,318 kg. Resistencia total del tractor y la carga: Rt del tractor 37,417 (0.04)=1,496 kg. Rt de la carga 21,318 + 21,318 kg x 0.04 =22170 Kg Resistencia total =23667 kg Para calcular la veIocidad de ida:
v = 1.93millas/hr x 1.6 km/millas = 3.09 km/hr Puede regresar a la velocidad máxima al bajar sin carga a razón de 13 kph. Los fabricantes recomiendan que en reversa el tractor opere en segunda velocidad a 8.4 kph para no dañar el tránsito, por lo que se considera ésta como velocidad media. Tiempo del ciclo de ida = (90m/3090 m/hora)x 60 min = 1.75 min de regreso = 90m/(8,400 m/hora)x 60 min = 0.64 min Tiempos fijos 0.09 min Tiempo del ciclo 2.48 min Producción teórica = 12.93 m 3 x 50 min/ 1.75 min= 369.42 m3 sueItos/h Factores de corrección Distancia de acarreo 0.90 Pendiente 0.84 Altitud 0.85 Operación 0.75
Producción final p = 369.42 x 0.90 x 0.85 x 0.84 x 0.75 = 178.04 m3 sueltos/hr DESGARRADORES El ripper o desgarrador es una herramienta instalada en la parte trasera de un tractor y cuyo objetivo es desgarrar (romper, fisurar) materiales de resistencia intermedia entre rocas y material común. Su funcionamiento consiste en hacer penetrar el vástago con su casquillo en el terreno y ser jalados por la fuerza tractiva de la máquina y con ello ir rompiendo la estructura del material logrando el afloje requerido para la posterior exc avación. El objeto principal de los desgarradores es el de facilitar la rotura del terreno ya que la gran superficie de la hoja de empuje impide esta rotura en terrenos difíciles. PARTES COMPONENTES. El desgarrador consiste en una barra horizontal acoplada en la parte posterior del tractor, donde se encuentran adaptados de una a tres dientes que pueden ser rectos o curvos, generalmente de acero y de puntas intercambiables, manejados con controles hidráulicos. El ripper está compuesto de las siguientes partes: a) Brazo o vástago. Los vástagos o brazos son piezas de acero tratadas térmicamente para aumentar su resistencia. Su longitud y grosor son, variables dependiendo de la potencia del tractor y del número de brazos que lleve. Tipos de vastago Recto.- Tambien llamado de simple desviación. es el que tiene un solo ángulo en toda la longitud del brazo. este vástago trabaja bien en materiales duros, en bloques o losas. -Curvo. - Presenta una curva en toda su longitud. Con este tipo de Vástago se trabaja perfectamente con materiales fuertemente laminados estratificados. -Modificado.- Doble desviación o de velocidad, que es un brazo recto en su parte superior y Curvo en la inferior, combina las ventajas de los dos anteriores. Es el que proporciona una mayor producción en la mayoría de los materiales, siendo, por tanto el que más se utiliza en trabajos generales de obras públicas.
Los vástagos tienen varios orificios para poder variar su fijación a la barra, con lo que se logran distintos ángulos de penetración o profundidades de trabajo.
b) Viga o sostén del vástago. Es el elemento principal sobre el que se sujetan los brazos. Esta pieza. De gran resistencia. se une al soporte de fijación mediante unos brazos soldados a la barra en el caso de radial, o articulados a la misma en el caso de paralelogramo o mixto. Abrazadera o soportes. Los brazos o vástagos pueden ir sujetos a la barra del desgarrador por medio de abrazaderas o soportes independientes que giran lateralmente en tomo a un perno, en unas cajas hechas en la propia barra o en unos soportes soldados a la misma. Las abrazaderas oscilantes pueden moverse lateralmente de 200 a 30° y su objeto es dejar libre el vástago para que siga la línea de menor resistencia, al tiempo que disminuyen las caras laterales del tractor. c) Cilindro de elevación. d) Cilindro de inclinación. e) Púa o punta del vástago. Tambien son llamados dientes, son los elementos del encargados de resistir el mayor desgaste por lo que deben tener una gran resistencia al desgaste y a la rotura por impactos. la mayoría de las puntas son reversibles siendo también auto afilables; desgastándose uniformemente no perdiendo su forma afilada que facilitan la penetración en los materiales duros aumentando la producción.
TIPOS DE DESGARRADORES: DESGARRADOR AJUSTABLE DE UN DIENTE.- Puede ajustarse la longitud de penetración manualmente. Adecuando el trabajo de empuje. El control hidráulico permite ajustar el ángulo de desgarramiento mientras el tractor se mueve.
DESGARRADOR AJUSTABLE MULTIDIENTES.- Rompen suelo duro y apisonado y aflojan piedras enterradas facilitando el trabajo de empuje. El control hidráulico permite ajustar el ángulo de desgarramiento mientras el tractor se mueve.
DESGARRADOR ESCARIFICADOR. Utiliza hasta cinco dientes para excave: en suelos con piedras enterradas, arcilla endurecida y caminos de acarreo apisonados.
Radial fijo. El desgarrador de bisagra o radial se caracteriza por describir cada uno de los puntos un arco de circunferencia al desplazarse en su recorrido de ascenso o descenso, siendo ese tipo el primero que se utilizó acoplado a un tractor. Este desgarrador consta de una barra portabrazos que gira en torno a un punto de fijación en el tractor.
El ángulo de penetración varía según la profundidad alcanzada por la punta, pudiendo esto ser una
ventaja respecto a los otros desgarradores ya que los terrenos más duros suelen encontrarse a las profundidad donde el ángulo de ataque es más pequeños
En paralelogramo fijo. Se caraclenza por tener un ángulo constante de penetración lo que facilita que el brazo se mantenga siempre paralelo cualquiera que sea la profundidad deseada, así como también que la penetración hasta ese nivel se realice sin gran esfuerzo. Al tener un ángulo constante de penetración las punías tienen un desgasteuniforme aumentando su duración. Este tipo de desgarrador es el más utilizado en materiales duros. Consta de una barra portabrazos que se une al soporte de fijación mediante las articulaciones dobles que forman un paralelogramo, con lo que se consigue que el vístago se desplace manteniendo un ángulo constante con el terreno. Dentro de este sistema existe la variante de que el ángulo de ataque se puede ajustar manualmente en varias posiciones.
Mixto Este desgarrador llamado también de paralelogramo ajustable o de paralelogramo modificado, es el más utilizado hoy en grandes tractores. Tiene características de radial y también de paralelogramo, siendo su diseño similar a este último. con la única diferencia de que las articulaciones superiores del paralelogramo pueden ser ajustables en longitud, bien por tener estas piezas de unión distintos orificios o bien bajar su punto de giro en el soporte de fijación. Otro método empleado es colocar en lugar de las piezas superiores de unión que formasen el paralelogramo. dos cilindros hidráulicos que se mandan desde el asiento del conductor. Con estos desgarradores se consigue variar a voluntad de ángulo de penetración más adecuado para cada material. Cada uno de los tipos de ripper puede tener un solo vástago, o varios vástagos (hasta 5) CRITERIOS DE UTILIZACIÓN. a) Las operaciones deben desarrollarse con el tractor hacia abajo, para eliminar el consumo de potencia para vencer la pendiente. b) Cuando las condiciones de desgarramiento son difíciles para un tractor, pueden colocarse dos (2) tractores en tándem (en serie) para incrementar la fuerza disponible del recurso.
c) Cuando las condiciones de desgarramiento son difíciles y no puede utilizarse la opción anterior, puede incrementarse la fisuración del material haciendo voladuras suaves (superficiales). d) Si las opciones b) y c) no son posibles, puede intentarse el desgarramiento cruzado (en dos direcciones). e) Al recolectar el material desgarrado, debe dejarse en el sitio el material fino, el cual sirve de colchón para apoyar la máquina en las próximas pasadas, mejorando, así, las condiciones de adherencia entre las orugas y el material de apoyo. f) El proceso requiere de observaciones muy frecuentes, y de muchos ajustes sobre la marcha. La condición de las rocas determina su facilidad de desgarramiento. Entre las características físicas que facilitan el desgarramiento están: Fracturas. Fallas y planos que reducen la resistencia. El clima extremoso. Temperatura y humedad. Fragilidad, alto grado de estratificación, poca resistencia. El grado de dureza es un factor muy importante. Con ayuda del sismógrafo de refracción es posible medir la desgarrabilidad de diversas materias en base al grado de consolidación, dureza de las rocas, su estratificación, fragmentación y descomposición. En la actualidad se han desarrollado diversos métodos técnicos para desgarrar y aprovechar óptimamente el uso· de desgarradores. Se toman en cuenta factores tales como la profundidad de desgarramiento, la velocidad, el número de dientes a utilizar, el espacio entre las pasadas, la dirección de desgarramiento en relación a las formaciones de los estratos y la pendiente, la posibilidad de utilizar desgarramiento en Tándem, etc. PRODUCCIÓN. Existen varios sistemas para cálcular la producción de los desgarradores. El primero y mejor de ellos, particularmente en grandes obras, consiste en seccionar un área determinada y registrar el tiempo que ocupe un tractor equipado en efectuar el desgarramiento, seccionar el área después de removido el material, lo cual nos permite conocer la producción horaria medida en banco. Otro sistema consiste en suponer que el tractor empujador trabaja en primera velocidad obteniéndola de la tabla de especificaciones de la máquina.
Deberán incluirse los tiempos para giros y la sacada o hundida del desgarrador. Considerar la distancia entre dientes y la profundidad de desgarre. La producción puede calcularse a partir de la ecuación general de la producción, haciendo una pequeña adaptación de la siguiente forma:
( ) q=función de las siguientes variables longitud de la pasada. espaciamiento entre pasadas. profundidad de penetración
Este procedimiento arroja el volumen medido en banco, calculado, y la experiencia ha demostrado que los resultados que se obtienen son entre un 10 y un 20% más altos que ello obtenido en la realidad utilizando el primer método de medición directa. Existe también el método gráfico que se explica más adelante USOS. Los principales usos del ripper, en construcción de vías, son los siguientes: a) Para hacer excavaciones a cielo abierto en la zona entre chaflanes. b) En explotación de canteras para obtener material crudo como fuente de agregados procesados. c) Para demolición de pavimentos fallados. d) Extracción de tocones y raíces en operaciones de desmonte y limpieza. RECOMENDACIONES 1. La penetración de los dientes suele ser la clave del éxito en desgarrar, sea cual sea lavelocidad de las ondas sísmicas. Es sobre todo así con materiales homogéneos talescomo sedimentos arcillosos, piedra caliza, y caliches de grano fino. También es
aplicableen formaciones sólidamente cementadas, como conglomerados, y caliches confragmentos de roca. 2. Las bajas velocidades de las ondas en rocas sedimentarias suelen indicar que probablemente sean desgarrables. Sin embargo, si no es posible hacer penetrar los dientes por las grietas y uniones de los mantos, es difícil que se puedan desgarrar bien. 3. Con voladura previa se puede conseguir suficiente fraccionamiento para que penetre el diente, sobre todo en caliches, conglomerados y algunas otras rocas, pero debe comprobarse con cuidado el factor económico cuando se considere la voladura en arenisca, piedra caliza y granito de alto grado. 4. El desgarramiento mucho depende de la habilidad y experiencia del operador del tractor. El desgarrar determinados materiales para facilitar la carga de la mototrailla o el equipo de carga tal vez requiera un método diferente si se piensa empujarla con la hoja. Y si es necesario el desgarramiento cruzado, habría que cambiar la técnica empleada. El número y longitud de vástagos que se utilicen, así como el ángulo de los dientes, son factores que deben ajustarse según las condiciones del terreno. El éxito de un trabajo con desgarrador depende, en muchos casos, de que el operador halle la combinación adecuada para las condiciones existentes. EJEMPLO DE APLICACIÓN Cálcular el volumen que puede desgarrar un tractor CAT D9H equipado con desgarrador de un diente. Penetracion- 60 cm. Distancia entre pasada 90 cm Velocidad (1a) 1.6km/hora – 26.7mt/min. Longitud — 150m. Tiempo muerto en cada cabecera = 0.25 min Eficiencia 75% (45 min. Efectivos hora) SOLUCION Tiempo de cada ciclo 1.6 km/hora - 26.7mt/min.
T=150m/26.7 mt/min.=5.86 min/ciclo Número de ciclos o pasadas por hora N =(45 min/hora)/(5,86 min/ciclo)= 7.68 pasadas por hora Volumen desgarrado por pasada – 1.5 mx0.9mx0.6m.= 81 m3 Producción calculada -81 m 3/pasadas x 7.68 pasadas/ hora = 6.22 m 3/h. MÉTODO GRÁFICO Este procedimiento de cálculo de la producción se basa en el uso de las tablas de velocidad sísmicas para ello y para cada tipo de máquina, se han elaborado unas gráficas para diferentes tipos de materiales con sus correspondientes velocidades sísmicas en kilómetros por segundo y en ellas se marca cuales materiales pueden ser suceptibles de desgarramiento.
BIBLIOGRAFIA Pedro Barber Lloret, Maquinaria de obras públicas II: Máquinas y equipos, 4 EDICION. Bulldozer,http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php?title=tractor_sobre_orugas&a ction=edit&redlink=1 Tractores sobre orugas http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/tractores_sobre_orugas FUNDACIÓN PARA LA ENSEÑAZA DE LA CONTRACCIÓN, FUNDEC, A.C., MAQUINARIA PARA CONSTRUCCIÓN
