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LAMAQUINARIA PESADA

EK MOVIMIENTO DETIERRAS

(DESCRIPCIÓN YRENDIMIENTO)

Roberto Vargas Sánchez

ITC

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN

TITULO

"LaMaquinaria Pesada enMovimiento deTierras (Descripción y Rendimiento)"

TESIS QUE SUSTENTA RobertoVargas Sánchez

Para obtener el título de: Licenciatura en Ingeniería de Construcción

Diciembre de 1999

Conreconocimiento devalidez oficial de estudios dela S.E.P. según acuerdo No.952359 defecha 15deNoviembre de 1995

ÍNDICE

Roberto Vargas Sánchez

Í N D I C E

LAMAQUINARIA PESADAENMOVIMIENTODETIERRAS

(DESCRIPCIÓN YRENDIMIENTO).

1.-OBJETIVO 2

2.-JUSTIFICACIÓN 2

3.-INTRODUCCIÓN. 3

4.-ETAPASDELTRABAJODEMOVIMIENTODETIERRAS. 6

4a.-Seleccióndeequipo 6

4b.-Descripcióndelostrabajos ejecutados. 7

4c- Ángulodereposodelmaterial. 8

4d.-Movimientodetierras. 13

4e.-Listado delamaquinariaempleada. 17

-Tractores. -Compactadores. -Excavadorasycargadores. -Motos:NiveladorasyEscrepas. -Produccióndeagregados. -Volteos. -Pavimentadoras.

5.- CONCEPTO DEL RENDIMIENTO DEMAQUINARIA Y MÉTODOS PARA

SUCALCULO. 34

5a.-Métodográfico. 35

5b.-Métodomediantefórmulas. 48

5c- Métodoporobservacióndirecta. 63

6.-CONCLUSIONES. (^) 6 5

RobertoVargas Sánchez

1.-OBJETIVO:

Exponer los diferentes métodos para rendimientos de maquinaria pesada en movimientodetierras.

2.-JUSTIFICACIÓN:

Todo objetivo que la empresa constructora realiza tiene un cierto grado de dificultad, este problema lo ocaciona la falta de documentación respecto a rendimientosdemaquinariapesada.

La finalidad de este documento, es contribuir a la escasa bibliografía existenteencuantoarendimientos demaquinariapesadautilizada enlaindustriade la construccción, a travez de esto se ha podido definir tipo, capacidad, marca y demás características de la maquinaria, que debe emplearse para la ejecución especifica deunaobra.

Cuandolosrendimientosdelamaquinariaestándocumentados, desarrollados e implantados, es posible ejecutarlos confiadamente y llevarlos a cabo en el presente, así como medir el rendimiento actual y establecerlos conforme se desarrollanenelcampo.

De está manera, cada empresa constructora establecerá de acuerdo a sus necesidades y prioridades el tipo, marca, capacidad, tamaño etc., para un mejor rendimientoyejecución delostrabajos.

Roberto Vargas Sánchez 2B 2

INTRODUCCIÓN

Roberto Vargas Sánchez

Dentrodelobscuropanorama quesenospresentaenelpaíscreemos queesposible salir adelante, siempre y cuando las máximas autoridades ocurran en su auxilio, dándole el apoyo necesario que le permita resistir, con lo cual contribuirá en gran medidaalasolidezdenuestraestructuranacional.

La situación económica mundial y la nuestra en particular exigen ahora una organización perfecta para triunfar; es necesario que las empresas no solamente ejecuten la obra sinotambién queactualicen y desarrollen una tecnología cadavez más avanzada, que les permita sortear todas las condiciones que actualmente se presentan.

La proporción más importante del capital fijo de una empresa constructora está constituidaporlamaquinariayequipoenpoderdeéstas.Lautilización adecuadade esterecursoesdeterminantedelaeficiencia conlaquelapropiaconstructorarealiza laobraindustrial,componentesbásicosdelainfraestructura paraeldesarrollo.

Laparticipación deltrabajo mecánico en laconstrucciónpesada es superior al60% yenlaurbanizaciónesdelordendel40%.Laimportanciaqueadquierenmaquinaria yequipoenlaconstruccióny,porende,enlaeconomíadelpaísresultaasíevidente.

No esposible esperar utilidades cuando se descuida la utilización adecuada de la maquinaria; es indispensable llevar un control detallado delos avances,parcialesy generales,por máquinas y frentes de trabajo. Es necesario corregir oportunamente lasdesviacionesygarantizarhastadondeseaposibleelapoyoalosprogramas.

Unamáquina debe siempreteneruna disponibilidad enobraquenobaje del 70%y debededicárseletoda la atenciónnecesaria para que sueficiencia estémuycercana al80%.

Estosemaneja desdeelpuntodevista deun mantenimiento oportunoyeficaz; así como el abastecimiento de refacciones, combustibles, lubricantes y el cuidado constantedelpersonal mecánicopara laprevención yprogramación dereparaciones mayorescomodelnecesariomantenimientoparaquesigantrabajando.

Es innegable el valor que representa para la obra, la intendencia de maquinaria y talleres;aunquefrecuentemente ypordesgraciaenlamayorpartedeloscasosnose tomaencuentasuimportancianielvalordeestegrupohumano.

Esta maquinaria disponible durante los tiempos programados requiere también órdenes precisas para su aplicación y máxima eficiencia, evitando desperdicios de tiempoygastosprematurosdeequipo.

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La construcción pesada se ocupa de las obras cuyos volúmenes son los más considerables y como consecuencia, requiere maquinaria de mayor costo unitario; consuapoyoseejecutan lasgrandesobras,quesonloselementosdedesarrollo.Un receso de la construcción pesada se refleja en una desaceleración del ritmo de la evolucióndelpaís.

En México se fabrican pocos tipos de maquinaria de construcción; por lo tanto el mercado mexicano de maquinaria es relativamente pequeño en términos de volúmenes de producción, además de que la inversión requerida para fabricar la maquinaria de construcción es elevada y tiene rendimientos bajos a corto plazo; la fabricación de maquinaria en México es difícil ya que la infraestructura de proveedores está poco desarrollada y adicionalmente se enfrenta una gran competencia conla importación proveniente delosEstadosUnidos,que enmuchos casosesmásfácil importarquefabricar.

Aunqueelmercadointernodenuestropaíshacrecidolosuficientemente comopara permitir la fabricación en forma económica de ciertos tipos de maquinaria de construcción, comoeselcasoporejemplo detractoresdeorugas,retroexcavadoras, cargadores etc. , fundamentalmente construidos por Dina Komatsu Nacional, no es todavía lo suficientemente fuerte como para absorber las demandas del mercado nacional.

Hay quedefinir correctamente, losconceptostanto demaquinaria como deequipo. Maquinaria son aquellasunidades quetienen determinado valor y cierta autonomía encuantoasumovimiento;encambio,elequiponotieneestaautonomía ysuvalor atribuibleesmenor.

México va a crecer durante los próximos años en una forma extraordinaria. El desarrollo de diversas industrias como la petrolera, la siderúrgica, la minera, entre otras, generara un auge que a suvez sereflejará en laindustria dela construcción, querequieremaquinariaenvolumencreciente.

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Esobvioque latecnología, modelos,peculiaridades ytamañosdela maquinaria se hanmodificado sustancialmente enelúltimocuartodesiglo,debidoen granmedida alacrisisdelpetróleoylosavanceslogradosenlosmotoresdiesel.

Seenfatiza la importancia dela construcción pesada, la cual emplea maquinaria en forma intensiva principalmente en las obras de infraestructura que representan el 26%delademandatotaldeconstrucciónenlosEstadosUnidos,el33% enJapón,el 28% enlospaíses dela Comunidad Económica Europea y alrededor deun34%en Venezuela,ColombiayMéxico.

4a.-SELECCIÓN DEEQUIPO.

Aunque de hecho existe un equipo adecuado para cada tipo de trabajo, los contratistasno siempre disponen deél y encaso detenerlo, eltamaño y estadodel mismonoresultaenocasioneseldeseable.

Porotroladosetienelaopciónderentarenelmercadodearrendamientos elequipo necesario, en especial en épocas recesivas, cuando hasta incluso resulta más económicohacerloqueemplearlamaquinariapropia.

Un ingeniero de costos "sin computadora", en el pasado sólo se concretaba a analizar unitariamente cada concepto de obra, dejando al futuro superintendente y residentes,latareadeproponertamañosdeequipo.

Elnúmero dehoras requeridas en cada maquinaria, puede obtenerse multiplicando 200horasmensualesporelnúmerodemesesdelaobracomoprimertentativa.

Otra forma práctica y cada vez más difundida, para obtener los requerimientos de equipo, su balance y selección de tamaño, es el empleo de sistemas de redes de actividades,comoelderutacrítica.

Como atinadamente se dice: "un contratista no paga el equipo; éste debe pagarse solo",hadeprocurarsequeelequiporeditúealgomásquesucosto.

Adicionalmente, cada obra, proceso constructivo, tiempo y condicionesfísicas,nos señalalanecesidaddeemplearunamáquina,unapotencia,unmediodetracción,un largo de pluma o brazo, un tamaño de cucharón y hasta especificaciones de fabricante.

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4b.-DESCRIPCIÓN DELOSTRABAJOSEJECUTADOS.

Los trabajos de construcción pesada, involucran por lo general de manera preponderanteel"MovimientodeTierras",endondelaoperaciónbásicaconsisteen aflojar (voladura orippeo), remover o excavar, procesar(triturado, criba, mezcla o incorporación de agua o asfalto), acarrear, colocar y compactar. Las operaciones descritashacenquelosmaterialesmanejados cambiendecaracterísticas encuantoa suspropiedades físicas.

Debe quedar claro que los factores aquí manejados sólo sirven para convertir el rendimiento expresado en un estado a otro (factor "e"), o bien para afectar un rendimientocomoresultadodelafacilidad odificultadparamanejarlos (factor"m"), yaqueloscriteriosdemediciónyporendepago,delasunidades deobraterminada difieren declienteaclienteynosedigadepaísapaís.

La Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT) de México, encargada de normar la construcción de la infraestructura del transporte, establece en sus especificaciones quelos conceptos deobradeexcavación semidan enbanco,ylos de acarreo, sobreacarreo y formación de terraplenes, bases y subbases, se midan compactados.

Generalmente se manejan los materiales en términos de volumen, pero algunas máquinascomolastrituradorastienensuproducciónporpeso/hora,yenotrascomo lasmotoescrepasyvolteos,setienenqueconsiderarlasdoscapacidadesenvolumen yenpeso,parausarlamisma.

Comoejemplo deladensidadtenemosque:

Un camiónfuera decarretera CAT789de 1800hp.cuyavelocidad tope cargadoes de 51 Kph. , tiene como capacidades máximas de su caja 85 m3 y 102 m3 con copeteo; si acarreara roca bien tronada con un peso volumétrico de 1800ton/m3, obviamentesuelta,lacapacidadequivalenteenambasmodalidadessería:

102m3(1.8)ton/m3= 184ton.

Aquíseligatambiénlapropiedad deángulodereposo odefricción interna,puesto quelaconsideracióndecapacidadcopeteadasegúnlanorma,esde2:1.

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PROCEDIMIENTOSMECÁNICOS.

-Mezcladoconotrossuelos.

-Modificando sugranulometría.

MEJORAMIENTOY

ESTABILIZACIÓN DE

SUELOS.

PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS.

-Adicióndecal.

-Adicióndecementoportland.

-Conproductosasfálticosde sodio.

-Conclorurosdecalcioyde potasio.

-Conresinasypolímeros.

Lossuelospueden ser atacadosenforma manual oconmaquinaria. Segúnel grado dedificultad quepresentenalseratacados,seclasifican entresgrupos:

MATERIAL AoI

MATERIAL B o í l

MATERIAL Colli

Roberto Vargas Sánchez 899

La definición de cada grupo será, de acuerdo con la forma de ataque, como se muestraenlatablasiguiente:

TIPO FORMADEATAQUE NOMBRE

AoI Palaytalacho. Tierra.

BoII Palaypicoozapapico. Tepetate.

CoIII Cuña,marro,compresoryexplosivo Roca.

Cuando el material es atacado con maquinaria se define, según las normas de construccióndelaSCT,enlaformasiguiente:

El material "A" es el blando o suelto que puede ser extraído con escrepa de capacidadapropiadaparaserjalada contractor detipooruga,de90a 110HP.enla barra, sin ayuda de arados o tractores empujadores. Por lo general, se consideran dentro deestetipolossuelospocoonada cementados con componentes detamaño de(7.5cm.)=a(3pulg.).

El material "B"es el que, debido ala dificultad quepresenta para su extracción y carga, sólo puede extraerse mediante tractor de orugas con cuchilla de inclinación variable, de 140 a 160 HP. en la barra, o bien, mediante pala mecánica con capacidad de un metro cúbico, por lo menos, sin el uso de explosivos, independientemente deque éstos seutilicenpara obtener mayoresrendimientos. Se incluyetambiénelmaterialquepuedeaflojarse mediantearadode6ton.,jaladopor untractordeorugasde140a 160HP.enlabarra.

El material que más comúnmente se clasifica como "B",es el formado por rocas muy alteradas, conglomerados medianamente cementados, areniscas blandas y tepetates.

El material "C" es el que, para ser extraído requiere el uso de explosivos. Este material incluye rocas basálticas, areniscas y conglomerados fuertemente cementados, calizas,riolitas,granitosyandesitas sanas;también laspiedras sueltas ; mayoresde75cm.

Ademásdeestasclasificaciones, sedeben establecer otrasdosintermedias,segúnlo requiera el caso. Por ejemplo: Si para extraer y cargar un material, éste presenta mayor dificultad que el descrito como tipo "A", pero menor que el "B", se determinará asignándole los porcentajes que contenga de estos materiales, en

Roberto Vargas Sánchez (^) 89 10

1.0m3 1.3m3 0.84m 1400kg. 1400kg. 1400kg.

medidoenbanco vol.suelto vol.compacto.

Alexcavarse elmaterial en suestadonatural (enbanco), sufre unincremento ensu volumen,alocualsedenominaabundamiento.

Cuando el material suelto se compacta para formar un terraplén se reduce su volumen,aloquellamamosreducción.

PVSb = Coeficiente deabundamiento. PVSs

PVSb = Coeficiente dereducción.

PVSc

DONDE:

PVSb=Pesovolumétricosecoenbanco.

PVSs=Pesovolumétricosecosuelto.

PVSc=Pesovolumétricosecocompacto.

RobertoVargas Sánchez QS 12

4d.-MOVIMIENTO DETIERRAS.

Acondicionamiento dela excavación acarreo compactación. zonadetrabajo.

desperdicio.

Acondicionamiento delazonadetrabajo:

-Desmonte.

-Despalme.

-Bombeodeaguaodrenado(superficial o freática).

-Aflojado otronadodelaroca.

DESMONTE:

Losterrenosenlosquesevanaefectuar excavaciones,hacerrellenos,oanivelarse, deben desmontarse primero. En el desmonte se incluye el movimiento de la vegetaciónquepuedeserhierbas,malezas,matorralesetc.antesdeiniciar el trabajo deterracerias, quizás sea necesario quitar otros materiales, como piedras, muros y edificios osuscimientos.

Elbulldozereslamáquinamasadecuadaparaeldesmonte.Trabaja mejor cuandoel terreno es suficientemente firme para soportarla y cuando no hay hoyos, zanjas, lomas pronunciadas y rocas. Las superficies desiguales deficultan mantener la cuchillaencontactoconelpisoymásqueremoverlavegetación,laentierran enlos hoyos.

Losbulldozer tienen unaventaja especial sobrelas cuadrillas enlugares dondeson abundantes las enredaderas y zarzales, ya que es difícil cortarlas, pero se arrancan fácilmente conlacuchilla,siempreycuandonoseavancetantoquequedeenredado enlamaraña.

Roberto Vargas Sánchez (^) OS 13