Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 1NDICE CAPITULO 1: CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 1.1- EL MOVIMIENTO DE TIERRAS7 1.2- OBJETO DEL CAPITULO8 1.3- CAMBIOS DE VOLUMEN8 1.4- ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO11 1.5- CONSOLIDACION Y COMPACTACION13 1.6- VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR15 1.7- CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS17 CAPITULO 2: ECUACION DEL MOVIMIENTO 2.1- OBJETO DEL CAPITULO19 2.2- ESFUERZO TRACTOR19 2.2.1- TRACCION DISPONIBLE19 2.2.2- TRACCION UTILIZABLE20 2.3- BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y UTILIZABLE23 2.4- RESISTENCIA A LA TRACCION24 2.4.1- RESISTENCIA A LA RODADURA24 2.4.2- RESISTENCIA A LA PENDIENTE26 2.4.3- RESISTENCIA A LA ACELERACION27 2.4.4- RESISTENCIA AL AIRE28 2.5- ECUACION DEL MOVIMIENTO29 CAPITULO 3: DETERMINACION DE LA PRODUCCION Y COSTE 3.1- DEFINICION DE LA PRODUCCION32 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 23.1.1- CONCEPTO32 3.1.2- FACTORES32 3.2- EFICIENCIA HORARIA 33 3.3- CICLO DE TRABAJO36 3.3.1- CONCEPTO36 3.3.2- FORMULA DE LA PRODUCCION37 3.4- CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA 37 3.5- CONTROL DE COSTES 39 CAPITULO 4: CLASIFICACIONYTIPOSDEMAQUINASDEMOVIMIENTODETIERRASY EXCAVACION 4.1- SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRA41 4.2- CONSTITUCION DE SUELOS. TIPOS DE EXCAVACION43 4.3- TIPOS DE EXCAVACIONES44 4.3.1- EXCAVACION A CIELO ABIERTO44 4.3.2- EXCAVACIONES SUBTERRNEAS45 4.3.3- EXCAVACIONES SUBACUATICAS45 4.4- CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA46 4.4.1- MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA46 4.4.2- MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS SIN DESPLAZARSE46 4.4.3- MAQUINAS ESPECIALES47 4.5- CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD47 4.5.1- INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE, Y MUFTUOGLU47 4.5.2- CLASIFICACION DE FRANKLIN50 4.6- VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS 52 4.7- ELECCION DE LA MAQUINARIA53 4.8- MECANIZACION DE UNA OBRA54 4.9- NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS54 4.9.1- CAPACIDAD Y RENDIMIENTO54 4.9.2- DURACION Y FACTORES55 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 34.9.3- DIBUJO56 4.9.4- DENOMINACION56 4.9.5- CONCEPTO T.V.H.57 CAPITULO 5: MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 5.1 ESFUERZO DE TRACCIN Y RESISTENCIA AL MOVIMIENTO59 5.1.1 LAS CURVAS CARACTERSTICAS DE LA TRACCIN.59 5.1.2 RESISTENCIA A LA RODADURA.59 5.1.3 INFLUENCIA DE RAMPAS Y PENDIENTES. 60 5.2 PROBLEMTICA DE LA ADHERENCIA. 61 5.3 EXCAVACIN EN DESMONTE Y EXPLANACIN. 62 5.3.1 CARACTERIZACIN DE LA ACTIVIDAD.62 5.3.2 EXCAVACIN POR MEDIOS MECNICOS.62 A.EL BULLDOZER.62 A.1. ACTIVIDAD DE EXCAVACIN Y TRANSPORTE.63 A.1.1. ESFUERZO DE EXCAVACIN63 A.1.2. RENDIMIENTO64 A.1.3. CICLO DE TRABAJO PILOTO65 A.2. ACTIVIDAD DE RIPADO. 66 B. TRAILLAS.68 B.1. ESFUERZO DE EXCAVACIN.69 B.2. RENDIMIENTO DE LAS TRAILLAS.69 C. PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS.72 D. CAMIONES Y DMPERS.75 E. EXCAVACIN A MANO.80 5.3.3 SISTEMAS ORGANIZATIVOS GENERALES.80 A. LA PRODUCCIN.81 B. EL COSTE.81 C. ORGANIZACIN DE LOS TAJOS.81 D. LA UTILIZACIN DE LA MAQUINARIA.82 E. CONFIGURACIN DEL COSTE TOTAL.83 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 45.4 EXCAVACIONES ESPECIALES84 5.4.1 EXCAVACIN EN ZANJA.84 5.4.1.A. EXCAVACIN A MANO.84 5.4.1.B. EXCAVACIN MECNICA.85 5.4.2 EXCAVACIONES EN POZO Y VACIADO.87 5.4.2.A EXCAVACIN EN POZO.87 5.4.2.B VACIADO.88 5.4.3 ENTIBACIONES Y AGOTAMIENTOS.88 5.4.3.A ENTIBACIONES.88 5.4.3.B AGOTAMIENTOS. 90 5.5 TERRAPLENADO Y PEDRAPLENADO91 5.5.1 TERRAPLENES Y PEDRAPLENES.91 5.5.1.A EQUIPOS DE EXTENDIDO.91 5.5.1.B EQUIPOS DE COMPACTACIN.92 5.5.1.C MEDICIN Y ABONO.94 5.5.2 VOLADURAS.95 5.5.2.A CARACTERIZACIN DEL FRENTE DE CANTERA.95 5.5.2.B LA PERFORACIN.95 5.5.2.C. DETERMINACIN DE LA CARGA EN LOS BARRENOS. 97 CAPITULO 6: EXTENDIDO Y COMPACTACION 6.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACION100 6.2 DENSIDADES102 6.3 ENERGA DE COMPACTACION104 6.4 LA COMPACTACION SEGUN LA ESTRUCTURA FSICA Y PARAMETROS DE LOS SUELOS105 6.4.1 SUELOS PERMEABLES 106 6.4.2 SUELOS IMPERMEABLES106 6.5 TERRAPLENES107 6.6 FINOS108 6.6.1 IDENTIFICACION DE FINOS108 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 56.6.2 ANALISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL 109 6.6.3 SUELOS PLASTICOS110 6.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS112 6.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLASTICOS112 6.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA112 6.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA113 6.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS114 6.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES115 6.9 PEDRAPLENES116 6.10 MATERIAL TODO UNO118 6.11 PAQUETE DEL FIRME118 6.11.1 EXPLANADA119 6.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES 120 6.12 UTILIZACION DEL COMPACTADOR DE NEUMATICOS Y EL DE TAMBORES VIBRATORIOS120 6.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS121 6.13.1 TIERRAS 121 6.13.2 ESCOLLERA123 6.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES123 6.15 RANGO DE ESPESORES Y METODO DE COMPACTACION EN MOVIMIENTO DE TIERRAS125 6.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACION DE LA PRODUCCION125 APENDICE 6.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACION (METODO FRANCES)128 APENDICE 6.2 NORMAS Y EQUIVALENCIA DE UNIDADES130 CAPITULO 7: LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 7.1 PREVENCION132 7.2 OBRAS DE TUNEL132 7.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES133 7.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD133 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 67.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO 134 7.5.1 LINEAS ELECTRICAS134 7.5.2 SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS134 7.5.3 ORGANIZACIN DE LA OBRA135 CAPITULO 8: EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS 8.1 PROTECCION DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLGICAS137 8.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRAS138 BIBLIOGRAFA140 INTERNET141 ANEXOS: SOIL AND ASPHALT COMPACTION (BOMAG)144 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 7CAPITULO 1 CAMBIOS DE VOLUMEN EN MOVIMIENTOS DE TIERRAS. 1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS. Sedenominamovimientodetierrasalconjuntodeoperacionesqueserealizanconlosterrenos naturales,afindemodificarlasformasdelanaturalezaodeaportarmaterialestilesenobras pblicas, minera o industria. Las operaciones del movimiento de tierras en el caso ms general son: Excavacin o arranque. Carga. Acarreo. Descarga. Extendido. Humectacin o desecacin. Compactacin. Servicios auxiliares (refinos, saneos, etc.). Losmaterialesseencuentranenlanaturalezaenformacionesdemuydiversotipo,quese denominan bancos, en perfil cuando estn en la traza de una carretera, y en prstamos fuera de ella. La excavacinconsisteenextraeroseparardelbancoporcionesdesumaterial.Cadaterrenopresenta distintadificultadasuexcavabilidadyporelloencadacasoseprecisanmediosdiferentespara afrontar con xito su excavacin. Los productos de excavacin se colocan en un medio de transporte mediante la operacin de carga. Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la operacin de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc. Para su aplicacin en obras pblicas, es frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor aproximadamente uniforme, mediante la operacin de extendido. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 8Deacuerdoconlafuncinquevanadesempearlasconstruccioneshechasconlosterrenos naturales aportados, es indispensable un comportamientomecnico adecuado, una proteccin frente a lahumedad,etc.Estosobjetivosseconsiguenmediantelaoperacinllamadacompactacin,que debido a un apisonado enrgico del material consigue las cualidades indicadas. A travs de los sucesivos captulos del libro se expondrn las distintas operaciones que comporta el movimientodetierras,prestandoatencinalamaquinariaqueactualmenteseemplea,susciclosde trabajo y producciones, con ejercicios y casos prcticos. 1.2 OBJETO DEL CAPITULO. El estudio de los cambios de volumen tiene inters porque en el proyecto de ejecucin de una obra de movimiento de tierras, los planos estn con sus magnitudes geomtricas, y todas las mediciones son cubicacionesdem3 enperfilynopesos,yaquelasdensidadesnoseconocenexactamente.Los terraplenesse abonan por m3 medidos sobre los planos de los perfiles transversales. Los materiales provienen de industriastransformadoras, graveras, canteras, centrales de mezclas, o de la propia naturaleza. En este caso el material ha sufrido transformaciones,y ha pasado de un estado natural en banco o yacimiento a un perfil, mediante las operaciones citadas anteriormente. Enlasexcavacioneshayunaumentodevolumenatenerencunetaenelacarreo,yuna consolidacin y compactacin en la colocacin en el perfil. En los medios de acarreo hay que considerar la capacidad de la caja en volumen y en toneladas, y elegir la menor de acuerdo con la densidad. 1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN. Losterrenos,yaseansuelosorocasmasomenosfragmentadas,estnconstituidosporla agregacin de partculas de tamaos muy variados. Entre estas partculas quedan huecos, ocupados por aire y agua. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 9 Si medianteuna accinmecnicavariamosla ordenacinde esas partculas, modificaremos as mismo el volumen de huecos. Esdecir,elvolumendeunaporcindematerialnoesfijo,sinoquedependedelasacciones mecnicasaquelosometamos.Elvolumenqueocupaenunasituacindadasellamavolumen aparente. Por esta razn, se habla tambin de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porcin de terreno, y su volumen aparente: aaVMd =da : densidad aparente. Va : volumen aparente. M : masa de las partculas ms masa de agua. El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecnicas sobre los terrenos. Se causa asun cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumento delvolumenaparentemediantelaexcavacin)yotrascomoobjetivointermedioparaconseguirla mejora del comportamientomecnico (disminucinmediante apisonado). La figura 1.1 presenta esquemticamentela operacin de cambio de volumen. En la prctica se toma como referencia 1 m3 de material en banco y los volmenes aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a ese m3 inicial de terreno en banco. Lafigura1.2representalaevolucindelvolumenaparente(tomandocomoreferencia1m3 de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 10 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 11Mientrasnoseproduzcanprdidasoadicindeagua,unaporcindesueloorocasmantendr constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta constante la masa de la porcin de terreno que se manipula. Va x da = M En el movimiento de tierras esta limitacin se satisface muy pocas veces (evaporacin, expulsin de aguaduranteelapisonado,adicindeaguaparafacilitarelapisonado,etc.),porloquelaecuacin anterior no es de aplicacin general. En adelante se entender que los conceptos de volumen y densidad se refieren a volumen aparente y densidad aparente, aunque se omita el adjetivo aparente. La Figura 1.3 indica variaciones en volmenes y densidades en las operaciones del movimiento de tierras comentados en el apartado 1.1. 1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO. Alexcavarelmaterialenbanco,steresultaremovidoconloqueseprovocaunaumentode volumen. Estehechohadesertenidoencuentaparacalcularlaproduccindeexcavacinydimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 12 Entodomomentosedebesabersilosvolmenesdematerialquesemanejancorrespondenal material en banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose, S). Se denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relacin de volmenes antes y despus de la excavacin. BSSBWddVVF = = FW : factor de esponjamiento (swell)VB : volumen que ocupa el material en banco VS : volumen que ocupa el material suelto dB : densidad en banco dS : densidad del material suelto. Se tiene que: M = dS x VS = dB x VB Elfactordeesponjamientoesmenorque1.Sinembargosienotrotextofiguraotratablacon factoresmayoresque1,quieredecir que estn tomando la inversa, o sea F = VS / VB ysise desean emplear las frmulas expuestas aqu, deben invertirse. Otra relacin interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento. Se denomina as al incremento de volumen que experimenta el material respecto al que tena en el banco, o sea: 100 xVV VSBB SW= SW : % de esponjamiento O en funcin de las densidades: 100 xdd dSSS BW= Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 13Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser excavados. Conviene por ello deducir la relacin entre volmenes o densidades en banco y en material suelto. Para volmenes se tiene: BWSVSV |.|

\|+ = 1100 Para densidades resulta: SWBdSd |.|

\|+ = 1100 El porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento estn relacionados: 110011100+= |.|

\|+= =WSWSBSWSdSdddF

yporconsiguienteconociendoel%deesponjamientodeunmaterialseconocesufactorde esponjamiento, y viceversa, sin ms que operar en la expresin anterior. En la tabla 1.1 aparecen los valores de Fw y Sw caractersticos de distintos materiales frecuentes en movimiento de tierras. 1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION. Lasobrasrealizadascontierrashandeserapisonadasenrgicamenteparaconseguirun comportamientomecnicoacordeconelusoalqueestndestinadas.Esteprocesoseconoce genricamente como compactacin y consolidacin del material (Shrinkage). La compactacin ocasiona una disminucin de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la cantidad de material necesaria para construir una obra de tierras de volumen conocido. Sedenominafactordeconsolidacinalarelacinentreelvolumendelmaterialenbancoyel volumen que ocupa una vez compactado. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 14CBhVVF = Fh : factor de consolidacin (Shrinkage). VC : volumen de material compactado. Si en el proceso de compactacin y consolidacin no ha habido prdida ni adicin de agua (lo que es poco frecuente), el factor de consolidacin puede expresarse segn Va x da = M de la forma: BChddF = Fh : factor de consolidacin (Shrinkage). dB : densidad del material en banco. Otra relacin interesante es la que se denomina porcentaje de consolidacin. Expresa el porcentaje querepresentalavariacindevolumendelmaterialenbancoalmaterialcompactado,respectoal volumen del material en banco, multiplicada por 100: 100 =BC BhVV VS Con ello la relacin entre volumen en banco y volumen del material compactado queda: ChBVSV =10011 Sh : % de consolidacin. Si en el proceso de compactacin y consolidacin no hay prdida ni adicin de agua (lo que no es frecuente) es de aplicacin la expresin Va x da = My el porcentaje de consolidacin puede expresarse como: 100 =cB Chdd dSMovimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 15 Sh : % de consolidacin. En este caso la relacin entre densidades es: ChBdSd |.|

\| =1001 En cualquier caso, de las expresiones del factor de consolidacin y el porcentaje de consolidacin se deduce que estos estn relacionados por la expresin: ChBVSV =10011 1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR. En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw, Sw, para poder calcular con exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el material en las distintas operaciones. A falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen en la tabla 1.1. MATERIALdL (t/m3)dB (t/m3)Sw (%)Fw Caliza1,542,61700,59 Estado natural1,662,02220,83 Seca1,481,84250,81Arcilla Hmeda1,662,08250,80 Seca1,421,66170,86 Arcilla y Grava Hmeda1,541,84200,84 75% Roca - 25% Tierra1,962,79430,70 50% Roca - 50% Tierra1,722,28330,75Roca Alterada 25% Roca - 75% Tierra1,571,06250,80 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 16Seca1,511,90250,80 Hmeda1,602,02260,79 Tierra Barro1,251,54230,81 Granito Fragmentado1,662,73640,61 Natural1,932,17130,89 Seca1,511,69130,89Grava Mojada2,022,26130,89 Arena y Arcilla1,602,02260,79 Yeso Fragmentado1,813,17750,57 Arenisca1,512,52670,60 Seca1,421,60130,89 Hmeda1,691,90130,89Arena Empapada1,842,08130,89 Seca1,721,93130,89 Tierra y Grava Hmeda2,022,23100,91 Tierra Vegetal0,951,37440,69 Basaltos Diabasas Fragmentadas1,752,61490,67 Seca0,13--------- Nieve Hmeda0,52--------- Tabla 1.1 Densidades del material en banco y suelto, para los casos ms frecuentes del movimiento de fierras Al dimensionar los medios de transporte habr de tenerse en cuenta no solo la capacidad (m3) que cadavehculotiene,sinoconsiderar su carga mxima. Para no sobrepasarlaes necesario conocer la densidad del material que se transporta. Enlatabla1.1seexponenlasdensidadesdelmaterialenbancoysuelto,paraloscasosms frecuentesdelmovimientodefierras.Respectoaltransporte,hadeconsiderarseladensidaddel material suelto. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 171.7 CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS. La compactacin en obra se realiza sobre capas de material, previamente extendido, que se conocen con el nombre de tongadas. El efecto de la compactacinsobre la tongadase refleja exclusivamenteen la disminucin de altura, puesto que sus dimensiones horizontales apenas varan. En la figura 1.4 se observa como al compactar una tongada de material (capa rayada en el dibujo), suanchuraaysulongitudlnovaran,mientrasquesuespesorhLpasaaser,porefectodela compactacin, hC. Porloanteriorquedaclaroqueelcambiodevolumendelmaterialestfielmentereflejadoenel cambio de altura de la tongada. Habidacuentaqueelproyectoconstructivofijalaalturadetongadaenperfil,oseadespusdela compactacin hC, conviene conocer la relacin entre hC y hL para extender las tongadas con el espesor hL adecuado. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 18 Sedenominadisminucin deespesor a la relacin entre la diferencia de espesor producida por la compactacin y el espesor inicial, multiplicada por 100: 100 =LC Lehh hS Se : % de disminucin de espesor (en obra es denominado impropiamente esponjamiento). hL : espesor inicial de tongada hC : espesor de la tongada despus de la compactacin Ladisminucindeespesordependedeltipodematerial,mtodosdecompactacin,etc.Sin embargo, en los materialesgranulares(gravas, suelos - cemento,zahorras,etc.) muy frecuentes en la compactacindebido a su excelente comportamientomecnico, su escasa sensibilidada la humedad,etc., se ha observadoque la disminucinde espesores aproximadamente el 20 %. En el caso general: 100100el eSh h = Cuando se trata de terrenos granulares (Sc 20, es necesario comprobarlo en cada caso en la obra): hC 0,8 x hL O bien: hL 1,25 x hC Estas consideracioneshan de tenerse presentes en la operacin de extendido con motoniveladorao extendedoras,es decir, que la produccinde una motoniveladoraen extendido (material suelto) no coincide con la del compactador (material compactado). Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 19CAPITULO 2 ECUACION DEL MOVIMIENTO 2.1 OBJETO DEL CAPITULO. Elobjetodeestecaptuloesladeterminacindelavelocidaddetraslacinalaquepueden funcionar las mquinas de movimiento de tierras durante su trabajo. Para dicho clculo ser necesario conocer las caractersticas de la mquina (peso, potencia) y las del terreno sobre el que se desplaza y su pendiente. Enestecaptuloseestudiarnlostiposdetraccindelasmquinasylostiposderesistenciaal movimiento. 2.2 ESFUERZO TRACTOR. 2.2.1 TRACCION DISPONIBLE. Una mquina dispondr de una potencia para desplazarse producida por el motor (unidad motriz) y que se aplicar en las ruedas motrices mediante la transmisin. Al esfuerzo, producido por el motor y latransmisin,sedenominartraccindisponibleoesfuerzodetraccinalarueda,siendostael dimetro total del neumtico,o en el caso de cadenas el dimetrode la rueda cabilla(rueda motriz). La definicin de esta traccin es, por tanto, la fuerza que un motor puede transmitir al suelo. Latraccindisponiblesepuedecalculardeformaaproximadaparacadavelocidaddemarcha mediante la expresin: (km/h) Velocidadn Transmisi Rend. x(Kw) Potencia367 (Kg) TD = Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 20 El rendimiento de la transmisin, tambin llamado eficiencia mecnica, es la relacin entre potencia que llega al eje motriz y potencia del motor. Los valores ms comunes se encuentran entre el 70% y el 85%. 2.2.2 TRACCION UTILIZABLE. Lamquinaenfuncindesupesodispondrdeunafuerzadeterminadaquesellamatraccin utilizable. Esta traccin depende del porcentaje del peso que gravita sobre las ruedas motrices, que es l til para empujar o tirar del vehculo, y de las superficies en contacto, especialmente rea, textura y rugosidad, tanto de las ruedas motrices como del suelo. Paracalcularlatraccinutilizablesehademultiplicarelpesototalquegravitasobrelasruedas motrices por el factor de eficiencia a la traccin o coeficiente de traccin, cuyos valores ms comunes se encuentran en la tabla 2.1. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 21 En caso de pendiente sera su componente normal, W Cos , Fig. 2.3. La traccin utilizable es independiente de la potencia del motor y se calcula mediante la expresin: TU (Kg) = WD (Kg) x fT (en %) siendo WD el peso que soportan las ruedas motrices y fT el coeficiente de traccin en %. Enelclculodelaadherenciahayquetenerencuentaelnmeroderuedasmotricesylacarga soportada por las mismas, que se denomina peso adherente. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 22Enlosvehculosquellevanruedasmotricesyruedasportantessepuedeadmitirenprimera aproximacin que las ruedas motrices soportan entre 1/2 y 2/3 de la carga total. FACTORES DE TRACCION fT TIPOS DE TERRENONEUMATICOSCADENAS Hormign o asfalto0,900,45 Arcilla seca0,550,90 Arcilla hmeda0,450,70 Arcilla con huellas de rodada0,400,70 Mena seca0,200,30 Mena hmeda0,400,50 Canteras0,650,55 Camino de grava suelta0,360,50 Nieve compacta0,200,27 Hielo0,120,12 Tierra firme0,550,90 Tierra suelta0,450,60 Carbn apilado0,450,60 Tabla 2.1 Factores de traccin. Enmovimientodetierrashaytendenciaaelegir,siemprequeseaposible,maquinariadetraccin total, es decir, traccin a todos los ejes; en el caso de camiones dmpers y dmpers articulados, que se vernenelcaptulocorrespondiente,latraccinpuedeestaraplicadaalejededireccinyalos posteriores. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 232.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y TRACCION UTILIZABLE Unavezestudiadoslostiposdetraccinhabrqueverelmovimientodelvehculo.Dicho movimientosebasaenlareaccindesusruedasocadenassobreelterreno,alcualletransmiteel esfuerzo TD que produce el par motor. SielesfuerzodetraccinTDesmayorqueelesfuerzomximodereaccindelterrenoTUse produceeldeslizamiento,porloquelasruedaspatinanylamquinaavanzamenosopuedellegara detenerse. PorelcontrariocuandoTUesmayorqueTDhayadherenciaentreruedasysueloyelvehculo avanza correctamente. De todo lo anterior se deduce que de nada sirve que una mquina tenga un grupo propulsor muy potente(quedesarrollamuchatraccindisponible),sinotieneelpesosuficienteparaconseguirun esfuerzo tractor (traccin utilizable). Por lo tanto, uno de los criterios de eleccin de una mquina de movimientodetierraseseldeelegirmquinasconunequilibrioentreelgrupomotopropulsoryel peso de la misma. Se entiende por grupo motopropulsor el conjunto de motor y rganos de transmisin con sus reductoras. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 242.4 RESISTENCIA A LA TRACCION 2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA. Es la resistencia principal que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie plana. Se admite que es proporcionalal peso total del vehculo, y se expresa por: RR (Kg) = fR (Kg/t) x W (t) siendo: RR : Resistencia a la rodadura fR : factor de resistencia a la rodadura W: peso del vehculo. Laresistenciaalarodaduradependedeltipodeterreno y tipo de elementos motrices,neumticos ocadenas. Losvaloresms frecuentemente utilizados se recogen en la Tabla 2.2. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 25RUEDAS TERRENO Alta presin*Baja presin CADENAS Hormign liso172227 Asfalto en buen estado20-3225-3030-35 Camino firme, superficie plana, ligera flexin bajo la carga (buenas condiciones) 20-3525-3530-40 Camino blando de tierra(superficie irregular con una penetracin de neumticos de 2 a 3 cm) 50-7035-5040-45 Camino blando de tierra(superficie irregular, con una penetracin de neumticos de 10 a 15 cm) 90-11075-10070-90 Arena o grava suelta130-145110-13080-100 Camino blando, fangoso, irregular o arenoso con ms de 15 cm de penetracin de los neumticos 150-200140-170100-120 *Se puede considerar alta presin > 5 Kg/cm2, llevando sta dmpers y trallas. Tabla 2.2 Factores de resistencia a la rodadura fR (Kg/t). Engeneralcualquiervehculoderuedasconneumticosdebevencerunaresistenciadelordende 20Kg/tcuandosedesplazasobrecaminosocarreterasdondelascubiertasnoacusanninguna penetracin. Dicha resistencia aumentar en torno a 6 Kg/t por cada incremento de penetracin de las ruedas en el terreno de 1 cm. Esta resistencia tambin engloba la friccin de los engranajes internos y la flexin lateral de los neumticos. Existeunaexpresinquecalcula,aproximadamente,elcoeficientederesistenciaalarodadura: fR=20+4h,siendohladeformacindelneumticoyelhundimientodelsuelo(ohuellabajola carga) medida en centmetros. Detodasformas,decirquehayunaresistenciaalarodadurafijaparaundeterminadotipode carretera o camino es errneo, puesto que el tamao del neumtico, la presin de inflado y la velocidad hacenvariardicharesistencia.Comoenmovimientodetierraslasvelocidadessonmenoresde80 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 26Km/h,puedeconsiderarsequenoafectalavelocidad.Simplificando,sepuedenasignarvalores generales a varios tipos de firmes, Tabla 2.2. 2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE. Eslacomponentedelpesodelvehculoparalelaalplanoderodadura.Laexpresindedicha resistencia es: RP = W x sen RP (Kg) = 1000 x W(t) x sen Y para pendientes de hasta el 20% se puede hacer la siguiente simplificacin: 100senitan = = ; i (en %) RP (Kg) = 10 x i x W(t) siendo (+) si el vehculo sube y (-) si baja. Por consiguiente la resistencia en rampa (o la resistencia a la pendiente) es de 10 Kg/t por cada 1% derampa(odependiente).Recprocamente1%dependiente(oderampa)equivalea10Kg/tde incremento de esfuerzo tractor. DetodoloanteriorseobtienequelacantidaddeKg-fuerzadetraccinrequeridosparamoverun vehculo es la suma de los necesarios para vencer la resistencia alarodadura ylos requeridos para vencer la resistencia a la pendiente, es decir: Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 27Rtotal = RR + RP = fR x W 10 x i x W |.|

\| = it Kg ft W Kg RRtotal10) / () ( 10 ) ( dondefR/10sepuedeponercomouna pendienteequivalente.A continuacinse desarrolla unaaplicacin de las expresiones anteriores. Dada una mquina cuyo peso es de W = 22 t, la cual se desplaza por una superficie que tiene una pendientei=-3%yconuncoeficientederesistenciaalarodadurade50Kg/tqueequivaleauna pendiente ficticia del 5%, se pide calcular la resistencia total que tiene que vencer la mquina en sus desplazamientos.Dicha resistencia total ser: Rt = 50 Kg/t x 22 t - 3% x 22.000 Kg = 440 Kg o bien: Rt =10 x 22 x (5 - 3) = 440 Kg 2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION Es la fuerza de inercia. Supuesta una aceleracin uniforme para pasar de la velocidad v1 a v2 en un tiempo t: Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 28tv vtvdtdva1 2 == = La resistencia para acelerar la masa de un vehculo de peso W(t.) ser: ( ) ( )tv v Wtv v WagWRA1 2 1 229 , 28600 . 3000 . 181 , 9000 . 1 = = = para v1 = 0 y v2 = v quedar: ( ) ( )( )( ) seg th km vt W Kg RA/29 , 28 = Tambin Se puede expresar esta resistencia en funcin de la distancia recorrida por el vehculo, d(m): ( ) ( )dv v v vdv vv dv vtvdtdva2 2 /2122 1 2 1 2 1 2=+=== = sustituyendo este valor de aceleracin en la expresin de la resistencia a la aceleracin resulta: ( )( ) ( )( ) m dh Km v h Km vt Wdv v WRA2/ /93 , 32 81 , 921222122 = = Por ejemplo, si un vehculo, desplazndose cuesta abajo, quiere frenar en una distancia d (m), cuando circule a una velocidad v (Km/h), el esfuerzo de frenado ser: dvW RA = 93 , 3 Esta resistencia a la aceleracin es poco importante en movimiento de tierras, pero en el caso de frenado cobra cierta importancia ya que interesa conocer la distancia o el esfuerzo de frenado del vehculo. 2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE. Esta resistencia no se suele tener en cuenta dado que las velocidades de los vehculos y maquinaria de obra son pequeas y se sabe que la resistencia al aire es proporcional al cuadrado de la velocidad. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 29De modo que RAIRE = K x S x V2 siendo V (m/s) la velocidad del vehculo, S la superficie desplazada normal a la direccin del movimiento y K un coeficiente que depende de la forma de la mquina (ms o menos aerodinmica) y que est comprendido entre 0,02 y 0,08. Sin embargo, contra viento fuerte la resistencia al aire es un factor significativo. La cantidad determinante es el movimiento relativo del aire respecto al vehculo. Si la velocidad de la mquina es de 16 Km/h y la velocidad del aire en sentido contrario es de 64 Km/h la velocidad relativa resultante ser de 80 Km/h. La resistencia al aire deber tenerse en cuenta para valores de velocidad relativa superiores a 80 Km/h. 2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO Y DETERMINACIN DE VELOCIDADES. Definidas todas las fuerzas que actan en el movimiento de las mquinas de movimiento de tierras, ahora hay que estudiar las relaciones entre ellas. Los factores que se oponen al movimiento son: Resistencia a la rodadura: RR =fr x W Resistencia a la pendiente: RP = 10 x i x W Resistencia a la aceleracin: Racel. = 28,29 x W x v/t Racel. = 3,93 x W x v2/t Resistencia al aire: Raire = K x S x v2 La resistencia total ser la suma de todas las anteriores, cuya expresin ser: Rtotal = fr x W 10 x i x W + Racel + K x S x v2 Sino,seconsideran,comosedijoanteriormente,laresistenciaalaaceleracinylaresistenciaal aire resulta: Rtotal = fr x W 10 x i x W El esfuerzo que la mquina debe suministrar a los elementos motrices para superar las resistencias antes enumeradas es el menor de los siguientes valores: Traccin utilizable: TU = W x fT para que exista adherencia y el vehculo avance. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 30Traccin disponible: (es funcin de la velocidad) TD. Esta variar en funcin de la marcha y de la velocidad alcanzada por la mquina. Se deber tener que: TD y TU Rtotal Recprocamente,conocidalaresistenciatotalylastraccionesutilizableypotenciatilSepuede obtener la mxima velocidadque es capaz de alcanzarla mquina en sus desplazamientos. Todoloquesehaexpresadoanteriormentedeformanumricatambinsepuederepresentar grficamenteenunsistemadeejescoordenados,Fig.2.8,enelcualsecolocanenabscisaslas velocidades del vehculo y en ordenadas las tracciones, resultandola curva TD para plena potencia del motor y una reduccin determinada de la caja de cambios. Tambin se representa la curva TU, que es una recta al ser independientede las velocidades y puede cortar a la curva TD, o ser exterior Tu Caso TU: v1 : TU < TD,deslizamiento v2 : TU = TD, > RT,v2 es vlida v3 : TU > TD , TD = RT ,v3 es vlida v4: TU > TD , TD < RT ,falta potencia luego v2 < v < v3 Caso TU :v debe ser inferior a v3, pero est limitada inferiormente por el valor v5 de mx. TD,porqueasuizquierdahayinestabilidaddelvehculo(faltareduccinenla caja de cambios). Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 31 Aplicando lo anterior si TU TD , siendo RT = W x ( fR + 10 x i ), TU = fR x WD x 1.000 y como debe ser TD RT , resulta TU RT y sustituyendo fT x WD x 1.000 W x ( fR + 10 x i ) debe cumplirse: 1.000 x fT x WD / W fR 10 x i entonces: ( ) i f WPotRPotTPotvR T D ==10 Los fabricantes de tractores dan grficas para cada modelo de tractor donde elegida una marcha F1, F2, F3, se obtienen la gama de velocidades y traccin disponible.Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 32CAPITULO 3 DETERMINACION DE LA PRODUCCION DE UNA MAQUINA Y COSTES 3.1 DEFINICION DE LA PRODUCCION. 3.1.1 CONCEPTO. La Produccin o Rendimiento de una mquina es el nmero de unidades de trabajo que realiza en la unidad de tiempo, generalmente una hora: Produccin = Unids. trabajo / hora Lasunidadesdetrabajoodeobramscomnmenteempleadasenunmovimientodetierrasonel m3 olat,peroenotrasactividadesdelaconstruccinseusanotrasmsadecuadas,comoelmetro linealenlaconstruccindezanjasodepilotesoelm2 enlaspantallasdehormign.Launidadde tiempo ms empleada es la hora, aunque a veces la produccin se expresa por da. 3.1.2 FACTORES. Estacifranoesunaconstantedelmodelodemquina,sinoquedependedeunaseriedefactores particulares de cada aplicacin: a)Eficiencia horaria. b)Condiciones de trabajo de la obra en cuestin: b.1.- Naturaleza, disposicin y grado de humedad del terreno. Los materiales en estado seco tienen un volumen aparente que es el que ocupa la capacidad de la mquina, pero en estado hmedo presentan una adherencia que hace aumentar la capacidad. Si la humedad es excesiva, entonces no aumenta. En el caso de margas y arcillas hmedas el rendimiento de excavacin puede bajar considerablementepor adherirse el material a las paredes. b.2.- Accesos (pendiente, estado del firme). Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 33Repercusin de los accesos en el coste final de una obra. Tiene gran importancia el trazado y conservacin de las pistas y caminos interiores de la obra, porque repercuten: -enlapotencianecesariadelosvehculosyporconsiguiente,enelconsumode combustible. -eneltiempodetransporte,alconseguirsemenoresvelocidadessiestnenmal estado. - en la capacidad de transporte al ser mayores las cargas si estn bien conservadas. -enlapropialogstica,siseproducenaverasynohayzonadeestacionamiento. Una falsa economa inicial o de proyecto puede ocasionar llevar mayor repercusin a lo largo de la obra, incluso en el plazo de ejecucin si hay que variar el trazado de las pistas durante la obra. b.3.- Climatologa (visibilidad, pluviometra, heladas) Laclimatologanosloafectaalasinterrupcionesdetrabajosinoalestadodel firme pues el barro y la humedad reducen la traccin de las mquinas (traficabilidad).Cuando la temperatura es inferior a 20C en la sombra, deben suspenderse los trabajos de relleno. b.4.- Altitud, que puede reducir la potencia de las mquinas. c) Organizacin de la obra: c.1.- Planificacin: Afecta a la produccin de la mquina: esperas, maniobras,... Hay que cuidar el orden de los trabajos para reducir al mnimo el nmero de mquinas necesarias y evitar embotellamientosy retrasos. c.2.- Incentivos a la produccin. d) Habilidad y experiencia del operador. Estos factores no son de aplicacin total y cada uno deber emplearse slo cuando lo requieran las circunstancias. 3.2 EFICIENCIA HORARIA. Se denomina Produccin ptima o de punta (Peak) Pop a la mejor produccin alcanzable trabajando los 60' de cada hora. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 34 En la prctica se trabaja slo 45' 50' a la hora por lo que la produccin normal Pn ser: Pn = 50/60 x Pop = 0,83 Pop =fh x Pop En lo sucesivo P se referir siempre a la Produccin normal Ph. La relacinfh entre los minutos trabajados y los 60' de una hora es lo que se denominaeficienciahoraria,tiempo productivo o factor operacional (operating factor). Los factores de los que depende la produccin determinan la eficiencia horaria, como muestra la tabla 3.1. ORGANIZACION DE OBRA CONDICIONES DE TRABAJO BuenaPromedioMala Buenas0,900,750,60 Promedio0,800,650,50 Malas0,700,600,45 Tabla 3.1 Factores de eficienciafh. Si se consideranincentivosa la produccin, sobre todo con buenos factores de organizacin, estos coeficientes se vern incrementados, pero en cualquier caso ser difcil que alcancen valores superiores a 0,90. Porotrolado,encondicionesadversasdetrabajoyorganizacin,eltiemporealpuedellegar solamente a ser el 50% del tiempo disponible. INCENTIVOORGANIZACIONMIN/HORAFh SIBUENA500,83 SIMALA420,70 NOMALA300,50 Tabla 3.2 Incentivos a la produccin. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 35 Naturalmente una mquina no trabaja slo una hora sino varias al da durante el perodo que dure la obra, que puede ser de muchos meses. Esto hay que tenerlo presente al calcular la eficiencia media, y que las condiciones y la organizacin pueden ir cambiando con el transcurso de la obra. Tambin es necesario tener en cuenta las prdidas de tiempo que se ocasionan, ya que el tiempo de trabajo continuo anual de una mquina (sin traslados ni esperas) sera de: 52 (semanas/ao) x 40 (horas/semana) 8 fiestas oficiales x 8 (horas/da) = 2.016 h y en la prctica es difcil superar las 1.600 horas, principalmente debido a: - Averas de la mquina. - Mantenimiento o conservacin cada cierto nmero de horas de trabajo, aunque no se incluirn en lasprdidasporrealizarsenormalmenteenhorasnolaborablesparalamquinadurantelasde espera. -Condicionesatmosfricaslocales,queademsdeafectaralaproduccindelamquina entorpecen la marcha general de la obra. Latabla3.3exponealgunosdelosconceptosmscomunesyejemplosdesusvaloresen condicionesmedias,expresadocomoporcentaje.No es normalque se den todos simultneamente. METEOROLOGA9% MANIOBRAS8% ESPERAS11% AVERAS MECNICAS6% HABILIDAD DEL OPERADOR15% TOTAL MXIMO60% Tabla 3.3 Prdidas de tiempo. Se llama disponibilidad de una mquina (availability) a: disponibilidad = horas de trabajo/ (horas de trabajo + horas de reparaciones) Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 36Esconvenienteantesdecomenzarlaobrahacerunestudiodelasposiblescondiciones climatolgicas que se puedan presentar durante su desarrollo. Elcaptulodeaverasdelamquinapuedellegaraserimportanteyparadisminuirlohayque prestar atencin a: - Fiabilidad de la mquina. - Rapidez en los repuestos y atencin del suministrador. - Cuidados y mantenimientos a cargo del propietario. - Habilidad del operador. - Dureza del trabajo (material, accesos). Todo lo anterior lleva en determinados casos a la compra de maquinaria nueva para una obra, o a la adquisicindeunidadesderepuestosiseempleanmuchasiguales,conobjetodeasegurarla continuidad de la misma y no interrumpir otras unidades de obra. 3.3 CICLO DE TRABAJO. 3.3.1 CONCEPTO. Se denomina Ciclo de Trabajo a la serie de operaciones que se repiten una y otra vez para llevar a cabodichotrabajo.TiempodelCicloserelinvertidoenrealizartodalaseriehastavolverala posicin inicial del ciclo. Por ejemplo, en las mquinas de movimiento de tierras el tiempo de un ciclo de trabajo es el tiempo total invertido por una mquina en cargar, trasladarse y/o girar, descargar y volver a la posicin inicial. La suma de los tiempos empleados en cada una de estas operaciones por separado determina el tiempo del ciclo. En los captulos posteriores correspondientes a las mquinas ms importantes se llevar a cabo un anlisis de las operaciones o fases caractersticas de cada una de ellas. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 37El tiempo de un ciclo puede descomponerse en fijo y variable. El primero (fijo para cada caso) es el invertido en cargar, descargar, girar y acelerar o frenar para conseguir las velocidadesrequeridasen cada viaje, que es relativamenteconstante.El segundo es el transcurrido en el acarreo y depende de la distancia, la pendiente, etc. Es importante considerar separadamente la ida y la vuelta, debido al efecto del peso de la carga (vaco a la vuelta) y la pendiente, positiva en un caso y negativa en el otro. Para un resultado ms preciso de la duracin de un ciclo suele tomarse un valor medio, obtenido de lamedicindeungrannmerodeciclos,mientrasqueunnmeroinsuficientepuedellevara resultados errneos, debido al cambio en las condiciones externas (material, climatologa, ...) 3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION. Unavezcalculadaladuracindelciclodetrabajo,5posibleestimarlosciclosquelamquina realizaenunahora(60/durac.enminutos)yconociendolacapacidaddelamquina(volumende carga, ...) es inmediato el clculo de la produccin: Produccin (t m3) = Capacidad (t m3/ciclo) x N ciclos/hora Esta es la produccin terica horaria, pero la efectiva o real ser la resultante de aplicar a la anterior losfactorescorrectoresqueseconsidereencadacasoyentrelosqueencuentranalgunosdelosya estudiados.Otrosimportantesserefierenaltrabajodiurnoonocturnooalempleodeneumticoso cadenas. Si C es la capacidad, la produccin real es: Pr = C x n ciclos / hora x f1 x f2 x f3 x ... xfn 3.4CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA. Enelempleodemaquinariaenunaobrasedeberbuscarsuutilizacinptima,afindeno desperdiciar los recursos. Por ello se tratar de encontrar la mejor relacin entre rendimiento y gastos, es decir, el costo ms bajo posible por unidad de material movido. Elcostehorariodeunamquinapuedehacerseexhaustivamentemediantelasumadevarios factores. Los principales son: - Divisin del coste inicial entre el perodo de amortizacin que se pretende. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 38- Intereses del capital pendiente de amortizacin. - Gastos de mantenimiento y reparaciones que se estima durante dicho perodo. - Gasto en consumos de carburante y neumticos. - Mano de obra de los operarios, etc. Con todo esto es posible llegar a un resultado de coste en Pts/hora. Hay que tener la precaucin de actualizar dicho valor si el perodo de amortizacin es grande. Para un Jefe de Obra, los costes que influyen en relacin con la maquinaria son: - mano de obra de maquinista: interviene en el coste de m3 de la unidad de obra. - consumo de gasoil: coste de gasoil/m3. - reparaciones por averas, y prdidas de produccin por paradas. La amortizacin contable de maquinaria es un coste que le llega de la central y que le es ajeno en su direccindeobra,peroladepreciacindelamquina,squedependedelaformadeutilizarlaydel modo de conservarla. AMORTIZACIN40 % CONSUMO GASOIL13 % MANO DE OBRA17 % AVERAS Y REPARACIONES22 % GASTOS GENERALES8 % Tabla 3.4 Precio del m3 (valores medios) en movimiento de tierras. Existeunmanualdecostede maquinaria (Seopan-Atemcop)admitido por el MOPMA. Existe otra forma de estimarlos costes horarios, procedente de la experiencia yvlidasolamenteparaunaprimera aproximacin. Consiste en tomar como coste horario un porcentajedel coste inicial o precio de compra, 200-400 Pts/Milln, siendo inversamente proporcional al tamao de la mquina y aadir el coste del maquinista del maquinista incluyendo cargas sociales, unas 2.500 Pts/hora (1993). Como orientacin del precio de una mquina puede tomarse entre 1.000 y 1.500 Pts./Kg. (1993). Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 39Losparquesdemaquinariadelasgrandesempresasevalanloscosteshorariosatendiendoasus propioscriteriosdeamortizacinygastos,paraluegofacilitarloalaobra.Estoscostesestn contrastadosconlospreciosdealquilerdelamaquinariaenelexteriorysonsimilares,porloque existen unospreciosqueseaceptan como costes horarios de mercado para los diferentes modelos de mquinasyquegeneralmentesedansincombustible,conosinoperador,queseaadir posteriormente. Una vez conocido el coste horario de la mquina y calculado el rendimiento segn se explicaba en el apartado anterior, es fcil estimar el coste de produccin: COSTE DE PRODUCCION = COSTE HORARIO / PRODUCCION La frmula ms general es: Pts/Unids.Obra = (Pts/Hora) / (Unids.Obra/Hora) En el movimiento de tierras lo ms usual es: Pts/t m3 = (Pts/Hora) / (t m3/Hora) refirindose la unidad de obra a material en perfil de carretera, cuando se da en volumen. Pueden evaluarse los resultados con los oportunos factores, si bien con la precaucin de no aplicar ms de una vez el factor correspondiente a un obstculo. 3.5 CONTROL DE COSTES. En la obra hay que tener una estadstica actual de los costes horarios totales incluido operador, de las distintas mquinas, de forma que con el seguimiento de la produccin de las distintas unidades se pueda conocer al da los costes de dichas unidades y en caso de desviaciones negativas respecto a los precios que figuran en la oferta se puedan hacer ajustes o cambios. Los costes de una obra se dividen en directos e indirectos. -Sondirectostodaslasunidadesdeobrasubcontratadas,yaquellasqueelcontratistaprincipal ejecuta con su personal. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 40-Indirectos,losdesupropiopersonaldecontrol de calidad, direccin y administracin, deforma que aunque los precios de los subcontratistassean fijos, retrasos de stos en la ejecucin repercuten en sus costes indirectos y en aquellas unidades suyas que no avanzan de forma que los costes aumentan con los retrasos. En resumen, una vez fijados unos costes y unos plazos, stos quedan muy ligados entre s. Dado que los costes fijos de una empresa son proporcionalesal numero de das de ejecucin de una obra para disminuir stos gastos generales hay que reducir el plazo. Es necesario hacer un estudio econmico,pues normalmentehay ciertos costes de produccin que aumentanaldisminuirelplazo.Losplazosdeejecucinvienendeterminadosenocasionespor motivos polticos, caso de Obras Pblicas ya que tienen fija la fecha de inauguracin, o econmicos de rentabilidad o reinversin si el cliente es privado. Retrasosenelcomienzodelasobrassonantieconmicoscuandosetieneunafechafijade terminacin. El control de costes entra en la planificacin econmica. La planificacin (informatizada)de una obra se divide en: a)Plandeobraoprogramatcnico:esunestudiodelprocesoconstructivodescompuestoen actividadesydesusplazosdeejecucin,medianteunmodelogrfico,PERT,Redde Precedencias, etc. b)Planificacineconmica,oplandeobjetivos,decostes,resultadosyproduccin (certificaciones)con suseguimientoy actualizacin cada determinado tiempo. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 41CAPITULO 4 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION. 4.1 SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS. En construccin de carreteras, los captulos en que se descompone la obra suelen ser: - Retirada y reposicin de servicios. - Movimiento de tierras. - Drenajes y obras de fbrica (marcos, tubos, cunetas). - Estructuras (viaductos, pasos superiores e inferiores, puentes). - Tneles. - Firmes. - Sealizacin (pintura, seales, barreras, mallas de cierre). - Anejo de integracin ambiental (plantaciones, hidrosiembra, pantallas). La retirada y reposicin de servicios comprende: accesos a fincas, vas de servicio, cruces de lneas telefnicas, elctricas, acequias, conducciones de agua y alcantarillado. Los materiales que aparecen en movimiento de tierras son: - Tierras. - Trnsito. - Rocas. Estosmaterialessepuedenclasificarsegnsuvelocidadssmica,ytomandounosvalores orientativosseutilizarnlasmquinasqueposteriormente'severn,yquepuedenresumirseenel siguiente cuadro, en una primera aproximacin simplista: Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 42EXCAVACIONVELOC. SISMICAMAQUINA Tierras< 1000 m/s Tractor hoja frontal Excavadora Tralla Trnsito1000 - 2000 m/sEscarificador (Tractor cadenas) Roca> 2500 m/s Explosivos Perforadoras Tabla 4.1 Velocidades ssmicas Los volmenes principales en que se descompone el movimiento de tierras figurarn en el proyecto con sus precios como unidades de obra, las cuales se corresponden con distintas actividades, pudiendoestar algunas de stas agrupados en un slo precio o unidad de obra. Las distintas actividades son: a) Despeje y desbroce del terreno (m2): Consiste en la demolicin de obstculos, como construcciones,arbolado, etc. b) Excavacin en tierra vegetal (m3): Es el levantamiento de 1 cobertura de tierra vegetal y traslado a vertederos o acopios para posterior revegetacin de taludes. c) Excavacin en suelos (m3): d) Excavacin en prstamos para el ncleo (m3). e) Excavacin en roca con voladura (m3). f) Terraplenes (m3). g) Pedraplenes con productos de voladura o escarificacin(m3). h) Explanada mejorada (m3). i) Refino de taludes en desmonte (m2). j) Refino de taludes en terrapln (m2). k) Saneo de taludes en roca (m2). l) Apertura de pistas de acarreo y caminos de acceso a los distintos tajos. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 43Elmovimientodetierraspuederepresentarenlavariantedeunaautovaalrededorde125.000- 200.000 m3/Km, y con un precio orientativo de 350 Pts/m3, resultan de 45 a 70 Mill. Pts/Km, y si se estimaparalaautovauncostode400-500Mill.Pts/Km,representaaproximadamenteel20%, ocupando del 50-60% del plazo de ejecucin. Elmovimientodetierrasenunapresadematerialessueltosdependedelalongituddelapresay caudal punta de aliviadero, que es el que condiciona el volumen de hormign, el cual puede tener un costoeconmicototalmayorqueeldelmovimientodetierras(elpreciodelaunidaddeobrade hormign es muy superior al de las tierras). Unascifrasdevaloresmediossituaranelmovimientodetierrasdel45al75%,delpresupuesto total. En el caso de presas de hormign puede representar del 5 al 10 %. En resumen, como orientacin, movimiento de tierras: - Autovas: ~ 20-30 %. - Presas de tierras:~ 45-75 %. - Presas de hormign:~ 5-1 %. 4.2 CONSTITUCIONY TIPOS DE SUELOS. Los diversos tipos de suelos que son considerados en el movimiento de tierras pueden variar desde roca slida hasta tierra sola, pasando por todas las combinaciones de roca y tierra. Aslosdiferentestiposdematerialesofrecendiferenteresistenciaparasermovidos,dependiendo del peso del material, dureza, rozamiento interno y cohesin. Se tiene que una menor resistencia de remocin implica una mayor facilidad de carga, siendo sta ltima fundamental en la eleccin del equipo o tipo de maquinaria a utilizar. Los distintos tipos de tierras se forman con rocas desintegradas,residuos vegetales y animales. Una vez formada, comprende materia mineral, materia orgnica, agua y aire. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 44Las tierras, en general, pueden dividirse bsicamente en cinco grupos: arcillas, limos, arena, gravas y materia orgnica. La realidad dice que se pueden encontrar estos materiales en forma independiente o en varias combinaciones y mezclas. 4.3 TIPOS DE EXCAVACIONES. Lostiposdeexcavacin,sepuedendividirentresgrupos:acieloabierto,subterrneasy subacuticas.Dependiendodelaconstitucindelterrenoydelmaterialexcavado,setendrnque utilizar unos u otros medios de excavacin. 4.3.1 EXCAVACION A CIELO ABIERTO. La clasificacin podra ser la siguiente: - En roca: es necesario utilizar explosivos. - En terreno duro: uso de explosivos o ripado. - En terreno de trnsito: trmino poco definido, en general se puede excavar por medios mecnicos, pero no a mano. - En tierras: se puede excavar a mano. - En fangos: es necesario emplear medios especiales de transporte o hacer una desecacin previa. Todos los trabajos pueden hacerse en seco o con agotamiento, nivel fretico por debajo del plano de excavacin. En este tipo de excavacioneses fundamentalla eleccin del equipo idneo para transporte y carga. Comonormageneralhayqueconsiderarqueelequipodetransportedebesercargadoentre3y6 cargadoras o ciclos del equipo de carga. Lospuntosatenerencuentaparaseleccionarelequipodetransporteson:Recorrido,distancia, pendientes y curvas, material a transportar, produccin requerida y equipo de carga disponible. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 45Los correspondientesal equipo de carga, por orden de preferencia, son: Produccin requerida, zona de trabajo o carga (amplitud y condicionantes),caractersticasdel material a cargar (en banco, ripado, volado), disponibilidad requerida, equipo de transporte a utilizar. 4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS. Pueden ser: -Entnelygaleras:Normalmenteesnecesarioelusodeexplosivosotopossegnlongitudy tipo de terreno. Debe tener seccin suficiente para permitir el uso de medios mecnicos de excavacin, carga y acarreo (mayor de 3 m2). Tambinseutilizanrizadorasymartillosdepercusin.Losescudoscuandolosterrenos son inestables. -Enpozo:Excavacinenverticalocasivertical,teniendoqueserextradoslosproductospor elevacin. Las dificultades,organizacin,medios auxiliaresy coste de stas excavaciones subterrneas, estn fuertemente condicionadas por la distancia de los frentes de ataque a los accesos y bocas de entrada y por la presenciade agua, especialmenteen excavaciones descendentes. 4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS. Sonaquellasenlasquenoesposibleunaactuacindesdetierra,siendonecesarioelempleode material flotante o medios anlogos. Segn la naturaleza del fondo, se pueden clasificar en: -Arenasyfangos:Sepuedentransportarportuberalosproductosdeexcavacinmediante bombas y dragas de succin. -Fondosmoderadamenteduros:Arenasconsolidadasyrocasblandasdragasdesuccincon cabe, al cortador. -Fondosduros:Mediantedragasdearranqueorosario.Elmaterialextradonopuede transportarse por tubera, por componerse normalmente de trozos grandes. - Rocas: Mediante martillo romperrocas o voladuras subacuticas. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 464.4 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA. Se puede clasificar la maquinaria de excavacin y movimiento de tierras, atendiendo a su traslacin, en tres grandes grupos. 4.4.1 MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA. - Tractores con hoja empujadora. - Tractores con escarificador. - Motoniveladoras. - Mototrallas. - Cargadoras. Son mquinas que efectan la excavacin al desplazarse,o sea, en excavaciones superficiales.La excepcin es la cargadora, que cuando excava es en banco, pero luego se traslada con la carga, aunque la aplicacin normal de sta mquina es para cargar material ya excavado o suelto. 4.4.2 MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS, SIN DESPLAZARSE. Realizan excavaciones en desmontes o bancos. Cuando la excavacin a realizar sale de su alcance, elconjuntodelamquinasetrasladaaunanuevaposicindetrabajo,peronoexcavaduranteeste desplazamiento. Eldesplazamientonecesarioentreelrganodetrabajo(hoja,cuchara,cazo,cangiln,etc.)se efecta mediante un dispositivo cinemtico que modifica la posicin relativa de este rgano de trabajo y el cuerpo principal de la mquina. En este grupo se encuentran: - Excavadoras hidrulicas con cazo o martillo de impacto. - Excavadoras de cables. Dragalinas. - Excavadoras de rueda frontal. - Excavadoras de cangilones. - Dragas de rosario. - Rozadoras o minadoras de tnel. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 474.4.3 MAQUINAS ESPECIALES. Laexcavacinseefectaempleandootrosdispositivos,siendosucampodeaplicacin generalmente ms limitado. -Topos:Lapresinsobreelterrenoselograpormedianteeldesplazamientodelcabezaldela mquina y el desgarramiento del mismo por un rgano dotado de movimiento rotativo. - Dragas y bombas de succin: El material (arenas, limos) es arrastrado formando una emulsin porunacorrientedeaguaqueesaspiradaporunabomba,quepuedeimpulsarlaporuna tubera. - Dardos y chorros de agua: A gran presin, utilizan la energa cintica y el electo de disolucin del agua para atacar y remover materiales disgregables. - Fusin trmica: Se utilizan productos que rebajan el punto de fusin y permiten la perforacin ycortederocas.Seempleaparacorteyperforacinderocasyhormignencircunstancias especiales. 4.5 CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD. 4.5.1 INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE Y MUFTUOGLU. Se estudian cuatro parmetros geomecnicos importantes que son: - W: alteracin por meteorizacin. - S: resistencia a compresin simple. - J: separacin entre diaclasas. - B: potencia de los estratos. Se rellena as el siguiente cuadro: Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 48 CLASES DE MACIZOS ROCOSOS PARAMETROS 12345 ALTERACIONIntensaAltaModeradaLigeraNula Valoracin< 05152025 Resistencia de la Roca (MPa)< 2020 6040 6060 100> 100 Compresin Simple (MPa)< 0,50,5 1,51,5 2,02,0 2,35> 3,5 Valoracin (S)010152025 Separacin entre Diaclasas (m) 0,30,6 1,50,6 1,51,5 2,0> 2,0 Valoracin515304550 Potencia de los Estratos (m)< 0,10,1 0,30,3 0,60,6 1,5> 1,5 Valoracin05102030 Tabla 4.2 Evaluacin del ndice de Excavabilidad. En funcin de ste ndice, resultan unos rangos de utilizacinde distintos tipos de mquinas. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 49 CLASE FACILIDAD DE EXCAVACION INDICE (W+S+J+B) EQUIPO DE EXCAVACION MODELOS DE EQUIPOS EMPLEADOS 1Muy fcil< 40 A.TractorB.Dragalina > 5 m3 C. Excavadora de Cables > 3 m3 2Fcil40 50 Tractores de ripado Dragalinas Excavadoras A. Tractor B. Dragalina >8 m3 C. Excavacin de Cables >5 m3 3 Moderadamente difcil 50 60 A. Tractor Excavadora Pala Cargadora B. Excavadora Hidrulica >3 m3 4Difcil60 70 Dragalinas Excavadoras A. Tractor Excavadora Pala Cargadora B. Excavadora Hidrulica >3 m3 5Muy Difcil70 95 Excavadora Hidrulica > 3 m3 6 Extremadamente difcil 95 100 Excavadora Hidrulica > 7 m3 7 Marginal sin voladura > 100 Excavadoras Excavadora Hidrulica > 10 m3 Tabla 4.3 Rango de utilizacin de maquinaria segn el Indice de Excavabilidad. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 504.5.2CLASIFICACIONDEFRANKLINDEUTILIZACIONDEMAQUINARIADE EXCAVACION. Comocomplementoalasclasificacionesanteriores,elcuadrodeFranklinrelacionazonasde utilizacinde excavadoras, tractores (escarificacin), segn espaciamiento entre fracturas y un ndice de resistencia a cargas puntuales. EnelensayodeFranklin,IS(MN/m2)esunndicederesistenciaacargaspuntuales(loadpoint test). EnGeotecniaseconsideraRC20Is.FranklindaunacorrelacinentreIsyRC(Resistenciaa compresin,elespaciamientoentrefracturasogrado de agrietamiento, el ndice RQD (RockQuality Desiguation, ndice de calidad conocido en mecnica de rocas) y el procedimiento de arranque. Se deduce de todo lo anterior, que cuando se trata de rocas la velocidad ssmica es un dato ms de los que hay que considerar para utilizar excavadoras, tractores voladuras. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 51DESCRIPCION DE SUELO/ROCA RESISTENCIA ESPECIFICA A LA EXCAVACION RESISTENCIA A COMPRESION GENERALEJEMPLOSKL(N/cm)KA(N/cm2)(N/cm2) 0Material granular Carbones. Minerales blandos. etc. --- I Blando. suelo suelto y arenoso Arenas100 - 5004 13300 II Suelo relativamente denso Arenas arcillosas blandas; Grava media a fina; Arcillas blandas o hmedas 200 - 65012 - 25300-800 IIISuelo denso Arenas arcillosas duras; Arcillas; Lignitos blandos; Grava Dura 250 - 80020 - 38800-1.000 IVSuelo muy denso Arcilla dura; Pizarra arcillosa; Carbn duro 400 - 1.20030 -501.000-1.500 V Roca semislida de baja resistencia; Rocas con bastantes grietas Pizarra arcillosa; Arcilla muy dura; Fosforita blanda; Caliza muy blanda; Carbones 500 - 1.60050 - 706.000 8.000 VI Roca semislida relativamente dura; Roca con grietas Caliza blanda; Mrmol; Yesos; Arenisca; Fosforita dura; Pizarra; Carbn muy duro; Mineral muy fracturado 900 1.95070 200 2.000 3.000 3.000 8.000 VII Roca semislida dura; Suelos helados duros; Rocas con algunas grietas Caliza dura a extremadamente dura; Mrmol; Yeso; Arenisca dura; Mineral pesado con algunas grieta 1.400 2.600180 5003.000 6.000 VIIIRocas con pocas grietas Mineral pesado con pocas grietas --8.000 IX Roca prcticamente monoltica Mineral pesado y masivo--8.000 Tabla 4.4 Ensayos geomecnicos para evaluar la excavabilidad de las rocas mediante rotopalas. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 524.6 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS. Laseleccindeltipodemquinaparacarga,dependedelosmateriales,ascomodelas circunstanciasque concurren en la carga. -Lascargadorasnecesitanmaterialesagranelyquenoprecisenexcavacin,tierrasfcilmente excavables y cargables, rocas sueltas, etc., debiendo realizarse la carga en terreno firme con las de neumticos y en terrenos encharcados o con barro con las de cadenas. - Las retroexcavadorasde cadenas pueden realizar su trabajo en terrenos difciles, encharcados, con malosaccesosysalidas(zanjas,barrancos)yconunabasedetrabajoirregular.Tambinpara aquellos trabajos que requierangran altura de carga y corte, y donde el pavimento sea malo para los neumticos. Las retroexcavadoras de neumticos por su movilidad pueden considerarse ms como urbanas y auxiliares. -Lasexcavadorasdeempujefrontalelctricaspuedenutilizarsecuandoademsdeconcurrirlas condicionesanteriores,hayfacilidadparautilizarunalneaelctrica.(Lasgrandescargadoras exigen motores elctricosy se necesitatender una lnea: Minera,fbricas de cemento, ...). -Dragalinas;paraelmovimientodematerialesencharcadosofangosos,confrentesdetrabajo blandos que no soportan el peso de las mquinas convencionales. MQUINAAPLICACIN ALCANCE, OBSERVACIONES Tractor, cadenas Slo arranque y extendido~ 15 m RetroexcavadorasArranque y carga~ 10 m Tralla Corte + Descarga + Acarreo + Descarga + Extendido ~ 20 m Cargadora Cargar Complemento de un equipo 3 5 m Motoniveladora Extendido nivelacin Mantenimiento de pistas ~ 10 m Dragalina Arranque dragado Limpieza cauces en zonas hmedas y blandas ~ 30 m Donde se hunden tractor y retros Tabla 4.5 Principales caractersticasde mquinas fundamentales en movimiento de tierras. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 534.7 ELECCION DE LA MAQUINARIA. Deben tenerse en cuenta como requisitos previos los siguientes: - Cumplir la produccin requerida. - Que se adapte y sea flexible a las condiciones presentes y futuras de operacin. - Que provoque una organizacin lo menos costosa y complicada posible. - Que tenga una fiabilidad suficiente. -Quetengaaseguradoporelfabricante,paraunciertotiempodesuvida,asistenciatcnicay repuestos (Servicio postventa). EnlaeleccindelasmquinasesimportantelanuevadoctrinadelAseguramientodelaCalidad. Estoserefiereaqueelfabricantehayaconseguidoporalgnorganismo(T.U.V.,porejemplo)la certificacindesussistemasdecalidad,deacuerdoalasexigenciasdelasnormasU.N.E..Esta certificacin de calidad puede cubrir tambin otros aspectos muy necesarios para el usuario como son los servicios postventa. Loscriterioseconmico-financierosparalaeleccindeunamquina,puedenresumirsedela siguiente forma: POR PRODUCCIONm3 t/h ECONOMICOS (Por coste)Pts/m3 t INVERSION COMPRA LEASING AMORTIZACION ALQUILER CRITERIOS GENERALES DE ELECCION DE UNA MAQUINA FINANCIEROS SUBCONTRATACIN DE LA UNIDAD DE OBRA Tabla 4.6 Criterios generales de eleccin de una mquina. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 544.8 MECANIZACION DE UNA OBRA. En construccin de autovas se necesitan fuertes inversiones en maquinaria. Un ejemplo de esto es la Autova de Andaluca, un tramo de 49,628 Km, con un presupuesto de 22.500 millones de pesetas; la inversin del Contratista General en maquinaria fue de 3.000 millones. Indice de mecanizacin de una obra = Valor maquinaria en la obra/Obra ejecutada en 1 ao Si la duracin fue de 3 aos, sale un ndice del 40% y en 1,5 aos del 20%, lo que quiere decir, que a menor duracin se requiere ms maquinaria para una mayor produccin. En obras de carreteras,el ndicetiendeal100%,considerandocomomaquinarialadelContratistaGeneralyladetodoslos subcontratistas. Elndicedeinversindemaquinariadeunaempresaeslarelacinentreelvaloranualde adquisicin de maquinaria y la obra total anual. ElndicedeinversindelasnueveprincipalesempresasdelSeopanentodoelconjuntodeobras vara entre el 3,6 y el 13,3%, de media 8% (Ao 1991). Resulta decreciente con los aos porque slo consideralamaquinariapropia,noladelossubcontratistas,yloqueevidenciaesquecadavezse subcontrata ms. Dos reglas elementales respecto a la maquinaria en la obra: -Las mquinas son siempre baratas para el trabajo que realizan si estn bien elegidas. -Losnuevosmodeloshacenobsoletosalosanterioresyantieconmicosdeproducciny disponibilidad. 4.9 LOS NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS. 4.9.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTO Es importante la eleccin de los neumticos de las mquinas de acuerdo con las condiciones en que han de trabajar, para obtener un adecuado rendimiento. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 55Elelementosobreelcualsepuedeinfluirmsdirectamenteparavariarelrendimientodelos neumticoseselinflado.Alvariarlapresindeinfladovaraelreadelahuella,laresistenciaala rodadura, la flotabilidad, etc. Engeneral,enunterrenoblandooarenososedebenusarneumticosdemedidasmayoresconla mnima presin de inflado, para que la presin unitaria sobre el terreno sea la menos posible. 4.9.2 DURACION Y FACTORES. La vida ptima de un neumtico podra ser 5.000 horas o 80.000 Km (corresponde a una velocidad media de 16 Km/h) y la duracin promedio de unas ruedas motrices es de unas 3.000 horas. 1 Grado de carga para la presin de aire con que se trabaja 2 Velocidad de marcha T.V.H. Operario 3 Mantenimiento Comprobacin Inflado peridico FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS 4 Calidad abrasiva del material Tabla 4.7 Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 56FACTOR A APLICAR CONDICIONES DE USO 1,00,90,80,70,6 A. Presin del neumtico (kg/m2), en comparacin con la especificada 100 %90 %80 %75 %70 % B. Carga del neumtico, en comparacin con la especificada 100 %110 %130 %150 %... C. Velocidad media (Km/h)1624324048 D. Posicin de la rueda Traseras arrastre Frontales De traccin en camiones basculantes De traccin en camiones basculantes Mototralla E. Clase de superficie de recorrido Tierra blanda Camino de grava Grava angulosa Grava angulosa Roca angulosa Tabla 4.8 Factores de reduccin de la vida de los neumticos En la actualidad el tamao de las grandes mquinas de movimiento de tierras est limitado en gran medida por la duracinde los neumticos,ya que suponen una parte importante del costo total de la mquinaysuduracinpuedellegaraserreducidasilascondicionesdetemperatura,velocidad,terreno,etc.sonadversasyaqueseproducencalentamientosexcesivosquelosdeterioranmuy rpidamente. 4.9.3 DIBUJO. Tambin es importante el dibujo de los neumticos para su posterior comportamientoen el trabajo. 4.9.4 DENOMINACION. Ladenominacindeunneumticoserealizadeformauniversalpordosnmeros,(porejemplo 24,00 x 25) expresados en pulgadas.El primero indica el dimetro del baln del neumtico, mientras que el segundo expresa el dimetro de la llanta metlica de la rueda. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 57Terreno blandoDibujo con surcos profundos Dibujo con surcos profundos Terreno firme Dibujo poco profundo con surcos gruesos Terreno rocoso Dibujo poco profundo con surcos gruesos Huella lisa y lo mayor posible DIBUJO DE LOS NEUMATICOS Terreno que se hunde Mnima presin de inflado Mnima presin unitaria sobre el terreno Tabla 4.9 Dibujo de los neumticos 4.9.5 CONCEPTO T.V.H. Es un criterio para comparar resultados de la vida de neumticos fuera de carretera (off road), caso de dmperes, trallas, etc. T.V.H. representa toneladas medias transportadas por la velocidad media y por las horas recorridas. (Toneladas x Km recorridos en su vida). Ejemplo:ElcaminAacarrea35t.aunavelocidadmediade16Km/hysehancambiadolos neumticos cada 3.000 horas. El camin B acarrea 35 t. a 20 Km/h, y se cambian los neumticos a las 2.500 horas. Camin A: T.V.H. = 35 x 16 x 3.000 = 1.680.000 t x Km Camin B: T.V.H. = 35 x 20 x 2.500 = 1.750.000 t x Km Luego, han dado mejor resultado los del B. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 58Cada neumtico tiene una cifra de fabricante de T.V.H., si las exigencias de trabajo son superiores, habr que reducir velocidad, o carga, o usar neumticos con mayor T.V.H Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 59CAPITULO 5 MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 5.1 ESFUERZO DE TRACCIN Y RESISTENCIA AL MOVIMIENTO. 5.1.1 LAS CURVAS CARACTERSTICAS DE LA TRACCIN. Lostractores,utilizadosnormalmenteenelmovimientodetierras,estncaracterizadosporuna relacinmuybiendeterminadaentreelesfuerzoqueproporcionaelmotorylavelocidadidealque proporciona.Estarelacinesconsecuenciadirectadelascurvas[par-rpm].Sabiendoelnmerode [rpm]a las que el motor trabaja, se obtiene el esfuerzo de traccin. 5.1.2 RESISTENCIA A LA RODADURA. La resistencia que opone el terreno al avance de una determinada mquina, se obtiene de la forma: Rr = Kr Pt Siendo: Rr : Resistencia al desplazamiento(rodadura) (Kg) Pt : Peso del vehculo en orden de marcha, con su carga (t) Kr : Coeficiente de rodadura (Kg/t) El valordePtsesueleobtenermultiplicando el valor del peso de la mquina sin aditamentos, por 1.45. Los valores usualmente empleados del coeficiente de rodadura son los siguientes: Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 60 NEUMTICOS ORUGAS Macadam Tierra seca Tierra no trabajada Tierra trabajada Tierra y barro Arena y grava Mucho barro Pista dura y lisa Pista firme y lisa Pista de tierra con rodadas Pista de tierra con rodada blanda Pista de grava suelta 30 60 75 80 100 125 170 20 30 50 75 100 32 40 55 65 80 90 110 -- -- -- -- -- Tabla 5.1 Coeficiente de rodadura 5.1.3 INFLUENCIA DE RAMPAS Y PENDIENTES. Dadoquelaspendientesorampasnotienenmuchainclinacin,sepuedeutilizarlasiguiente relacin fcilmente deducible: t pP p R = 10 siendo: Rp : Resistencia a pendientes o rampas (Kg). p : Inclinacin de la pendiente en valor absoluto en %. Para rampas (+) Para pendientes (-). Pt : Peso del vehculo en orden de marcha, con su carga (t) Se desprecian otras resistencias como las debidas al aire o las debidas a la inercia. Se denomina esfuerzo til al esfuerzo capaz de proporcionar la mquina menos el esfuerzo debido a la rodadura menos (o ms) el debido a la rampa (o pendiente). Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 615.2 PROBLEMTICA DE LA ADHERENCIA. Loselementosmotricesdelasmquinas(neumticos,orugas,..)puedennotenerunaadherencia perfectaconelsuelo.Denadaserviraunamquinaconunesfuerzodetraccintilelevadosipor falta de adherencia (rganos de rodadura-suelo) no lo pueden desarrollar. La condicin de la adherencia debe comprobarse en todos los clculos paratener situaciones reales de comportamiento. El esfuerzo mximo que puede establecerse est dado por la simple expresin: Ea = Ka Pt Siendo: Ea : Esfuerzo adherente Ka : Coeficiente de adherencia Pt : Peso total de la mquina, en orden de marcha ms su carga (Kg) El coeficiente se calcula experimentalmente, pudiendo establecer los siguientes valores: NEUMTICOS ORUGAS Arcilla dura seca Arcilla dura hmeda Marga arcillosa seca Marga arcillosa hmeda Arena seca Arena hmeda Suelo de cantera Camino de grava Tierra firme Tierra suelta 0.9 0.2 0.5 0.4 0.2 0.4 0.6 0.4 0.6 0.45 0.6 0.3 0.9 0.7 0.3 0.5 0.5 0.5 0.9 0.6 Tabla 5.2 Coeficiente de adherencia Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 625.3 EXCAVACIN EN DESMONTE Y EXPLANACIN. 5.3.1 CARACTERIZACIN DE LA ACTIVIDAD. Es el conjunto de operaciones para nivelar y desmontar el terreno en el que ha de asentarse una obra o para extraer de prstamos las tierras necesarias para ejecutar un terrapln. Atendiendo a la dureza del terreno, la excavacin se clasifica en: -excavacin en roca, -excavacin en terreno de trnsito, -excavacin en tierra. EstetipodeactividadessesuelerealizarconequipospesadosdemaquinariadeObrasPblicas, dado que cuando el volumen de tierras a excavar es importante, resulta necesario emplear maquinaria, por tratarse siempre de la solucin ms econmica. 5.3.2 EXCAVACIN POR MEDIOS MECNICOS. A. EL BULLDOZER. Losbulldozersontractoresdotadosdeunacuchillafrontalrgidamenteunidaal,queformaun ngulo de 90 con el eje del tractor. La cuchilla tiene movimiento vertical. Se emplea para realizar excavaciones superficiales en terrenos compactos, para la limpieza de capas vegetales y extendido de tierras y rido. La distancia ptima de trabajo es hasta 100 m y velocidad hasta 10 Km/h montado sobre orugas y hasta 25 Km/h montado sobre neumticos Elangledozeressimilaralbulldozer,peroconposibilidaddedaralacuchillagiroenplano horizontal. La cuchilla est ms separada de la mquina y no forma un conjunto tan rgido, resultando menos apropiados los angledozer para los trabajos de potencia. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 63En las especificaciones tcnicas de los diferentes fabricantes, estn detalladas las dimensiones, los pesos, los sistemas internos de configuracin, , incluso las curvas que caracterizan el esfuerzo. Figura 5.1. Bulldozer DD80(L) de DAEWOO. A.1. Actividad de excavacin y transporte. A.1.1. Esfuerzo de Excavacin En la excavacin del material se realiza un esfuerzo, evaluado por la siguiente relacin: Ee = [C1+C2H] l Siendo: Ee: Esfuerzo arranque en Kg. h:Espesor tongada en cm. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 64H:Altura tierras arrastradas en cm. C1 y C2 Coeficientes Enelmomentodeempezarlaexcavacinh=H,permitiendoevaluarelespesorinicialdela tongada a excavar en funcin del esfuerzo disponible. C1C2 Tierra comn Arena y grava Piedra suelta Arcilla o material granular 140 115 190 230 6.5 9 8 7 Tabla 5.3 Valores de los coeficientes C1 Y C2 A.1.2. Rendimiento El rendimiento de bulldozer viene dado por la frmula siguiente: ( ) nTCt Fe Vh m Rcc =603 Vc : Capacidad de la cuchilla, en m3 de material esponjado. Fe : Factor de eficacia de la mquina. No se puede lograr que la mquina trabaje de forma continuada. Su mayor o menor eficacia depende del conductor, estado de la mquina, clase de terreno y tipo de trabajo. El factor de eficacia suele varia entre el 70% y el 80%. Ct : Coeficiente de transformacin. Se pueden establecer los valores medios del siguiente cuadro, segn que el material transportado por la mquina se cubique s/perfil, esponjado o compactado. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 65 VOLUMEN (m3) CLASE DE TERRENO S/PERFILESPONJADOCOMPACTADO Tierra Arcilla Arena 1.00 1.00 1.00 1.25 1.40 1.10 0.90 0.90 0.95 Tabla 5.4 Tc : Tiempo empleado en el ciclo, en minutos. Es la suma del tiempo fijo y del tiempo variable. Tiempo fijo es el que se emplea en maniobras El tiempo variable depende de la distancia y de la velocidad de marcha. N : Coeficiente de gestin, acoplamiento al tajo y adaptacin. Vara entre 0.8 y 0.9. A.1.3. Ciclo de trabajo piloto Puesta e movimiento e hinca de la hoja . 5 seg. Excavacin . excexcVL

Parada . 2 seg. Giro . 2 seg. Inversin de marcha 1 seg. Retroceso retrocretrocVL Parada . 2 seg. Giro . 2 seg. Inversin de marcha 1 seg. Movimiento de Tierras Juan Chern TarilonteConstrucciones Industriales Andrs Gonzlez Aguilar5 Ingeniera Industrial 66A.2. Actividad de ripado. En terrenos muy compactos es necesario utilizar un bulldozer para ripar la superficie, siempre que sta no exceda el valor de 3500m/seg de velocidad ssmica. Lagranimportanciaeconmicadelripadoresideenelabaratamientodelcostodeextraccinde ciertos materiales que no son excavables directamente. El parmetro que decide si un terreno es ripable o no es su velocidad ssmica. Vs: VELOCIDAD SSMICA (m/seg.)RIPABILIDAD Vs