Microsoft Word - MMT.docMovimiento de TierrasJuan Chern TarilonteAndrs Gonzlez AguilarConstrucciones Industriales5 Ingeniera IndustrialNDICECAPITULO 1:CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS1.1- EL MOVIMIENTO DE TIERRAS71.2- OBJETO DEL CAPITULO81.3- CAMBIOS DE VOLUMEN81.4- ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO111.5- CONSOLIDACION Y COMPACTACION131.6- VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR151.7- CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS17CAPITULO 2:ECUACION DEL MOVIMIENTO2.1- OBJETO DEL CAPITULO192.2- ESFUERZO TRACTOR192.2.1- TRACCION DISPONIBLE192.2.2- TRACCION UTILIZABLE202.3- BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y UTILIZABLE232.4- RESISTENCIA A LA TRACCION242.4.1- RESISTENCIA A LA RODADURA242.4.2- RESISTENCIA A LA PENDIENTE262.4.3- RESISTENCIA A LA ACELERACION272.4.4- RESISTENCIA AL AIRE282.5- ECUACION DEL MOVIMIENTO29CAPITULO 3:DETERMINACION DE LA PRODUCCION Y COSTE3.1- DEFINICION DE LA PRODUCCION 323.1.1- CONCEPTO323.1.2- FACTORES323.2- EFICIENCIA HORARIA333.3- CICLO DE TRABAJO363.3.1- CONCEPTO363.3.2- FORMULA DE LA PRODUCCION373.4- CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA373.5- CONTROL DE COSTES39CAPITULO 4:CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION4.1- SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRA414.2- CONSTITUCION DE SUELOS. TIPOS DE EXCAVACION434.3- TIPOS DE EXCAVACIONES444.3.1- EXCAVACION A CIELO ABIERTO444.3.2- EXCAVACIONES SUBTERRNEAS454.3.3- EXCAVACIONES SUBACUATICAS454.4- CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA464.4.1- MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA464.4.2- MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS SIN DESPLAZARSE464.4.3- MAQUINAS ESPECIALES474.5- CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD474.5.1- INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE, Y MUFTUOGLU474.5.2- CLASIFICACION DE FRANKLIN504.6- VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS524.7- ELECCION DE LA MAQUINARIA534.8- MECANIZACION DE UNA OBRA544.9- NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS544.9.1- CAPACIDAD Y RENDIMIENTO544.9.2- DURACION Y FACTORES554.9.3- DIBUJO564.9.4- DENOMINACION564.9.5- CONCEPTO T.V.H.57CAPITULO 5:MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS5.1 ESFUERZO DE TRACCIN Y RESISTENCIA AL MOVIMIENTO595.1.1 LAS CURVAS CARACTERSTICAS DE LA TRACCIN.595.1.2 RESISTENCIA A LA RODADURA.595.1.3 INFLUENCIA DE RAMPAS Y PENDIENTES.605.2 PROBLEMTICA DE LA ADHERENCIA.615.3 EXCAVACIN EN DESMONTE Y EXPLANACIN.625.3.1 CARACTERIZACIN DE LA ACTIVIDAD.625.3.2 EXCAVACIN POR MEDIOS MECNICOS.62A. EL BULLDOZER.62A.1. ACTIVIDAD DE EXCAVACIN Y TRANSPORTE.63A.1.1. ESFUERZO DE EXCAVACIN63A.1.2. RENDIMIENTO64A.1.3. CICLO DE TRABAJO PILOTO65A.2. ACTIVIDAD DE RIPADO.66B. TRAILLAS.68B.1. ESFUERZO DE EXCAVACIN.69B.2. RENDIMIENTO DE LAS TRAILLAS.69C. PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS.72D. CAMIONES Y DMPERS.75E. EXCAVACIN A MANO.805.3.3 SISTEMAS ORGANIZATIVOS GENERALES.80A. LA PRODUCCIN.81B. EL COSTE.81C. ORGANIZACIN DE LOS TAJOS.81D. LA UTILIZACIN DE LA MAQUINARIA.82E. CONFIGURACIN DEL COSTE TOTAL.835.4 EXCAVACIONES ESPECIALES 845.4.1 EXCAVACIN EN ZANJA.845.4.1.A. EXCAVACIN A MANO.845.4.1.B. EXCAVACIN MECNICA.855.4.2 EXCAVACIONES EN POZO Y VACIADO.875.4.2.A EXCAVACIN EN POZO.875.4.2.B VACIADO.885.4.3 ENTIBACIONES Y AGOTAMIENTOS.885.4.3.A ENTIBACIONES.885.4.3.B AGOTAMIENTOS.905.5 TERRAPLENADO Y PEDRAPLENADO915.5.1 TERRAPLENES Y PEDRAPLENES.915.5.1.A EQUIPOS DE EXTENDIDO.915.5.1.B EQUIPOS DE COMPACTACIN.925.5.1.C MEDICIN Y ABONO.945.5.2 VOLADURAS.955.5.2.A CARACTERIZACIN DEL FRENTE DE CANTERA.955.5.2.B LA PERFORACIN.955.5.2.C. DETERMINACIN DE LA CARGA EN LOS BARRENOS.97CAPITULO 6:EXTENDIDO Y COMPACTACION6.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACION1006.2 DENSIDADES1026.3 ENERGA DE COMPACTACION1046.4 LA COMPACTACION SEGUN LA ESTRUCTURA FSICA YPARAMETROS DE LOS SUELOS1056.4.1 SUELOS PERMEABLES1066.4.2 SUELOS IMPERMEABLES1066.5 TERRAPLENES1076.6 FINOS1086.6.1 IDENTIFICACION DE FINOS1086.6.2 ANALISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL1096.6.3 SUELOS PLASTICOS1106.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS1126.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLASTICOS1126.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA1126.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA1136.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS1146.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES1156.9 PEDRAPLENES1166.10 MATERIAL TODO UNO1186.11 PAQUETE DEL FIRME1186.11.1 EXPLANADA1196.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES6.12 UTILIZACION DEL COMPACTADOR DE NEUMATICOS Y EL DE TAMBORES VIBRATORIOS1201206.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS1216.13.1 TIERRAS1216.13.2 ESCOLLERA1236.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES6.15 RANGO DE ESPESORES Y METODO DE COMPACTACION EN MOVIMIENTO DE TIERRAS1231256.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACION DE LA PRODUCCION125APENDICE 6.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACION (METODO FRANCES)128APENDICE 6.2 NORMAS Y EQUIVALENCIA DE UNIDADES130CAPITULO 7:LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS7.1 PREVENCION1327.2 OBRAS DE TUNEL1327.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES1337.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD1337.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO1347.5.1 LINEAS ELECTRICAS1347.5.2 SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS1347.5.3 ORGANIZACIN DE LA OBRA135CAPITULO 8:EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS8.1 PROTECCION DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLGICAS 1378.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRAS 138BIBLIOGRAFA 140INTERNET 141ANEXOS:SOIL AND ASPHALT COMPACTION (BOMAG) 144CAPITULO 1CAMBIOS DE VOLUMEN EN MOVIMIENTOS DE TIERRAS.1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales tiles en obras 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.).Los materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que se denominan bancos, en perfil cuando estn en la traza de una carretera, y en prstamos fuera de ella. La excavacin consiste en extraer o separar del banco porciones de su material. Cada terreno presenta distinta dificultad a su excavabilidad y por ello en cada caso se precisan medios diferentes para 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.De acuerdo con la funcin que van a desempear las construcciones hechas con los terrenos naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecnico adecuado, una proteccin frente a la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operacin llamada compactacin, 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 movimiento de tierras, prestando atencin a la maquinaria que actualmente se emplea, sus ciclos de 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 cubicaciones de m3 en perfil y no pesos, ya que las densidades no se conocen exactamente. Los terraplenes se abonan por m3 medidos sobre los planos de los perfiles transversales.Los materiales provienen de industrias transformadoras, 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.En las excavaciones hay un aumento de volumen a tener en cuneta en el acarreo, y una 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.Los terrenos, ya sean suelos o rocas mas o menos fragmentadas, estn constituidos por la agregacin de partculas de tamaos muy variados. Entre estas partculas quedan huecos, ocupados por aire y agua.Si mediante una accin mecnica variamos la ordenacin de esas partculas, modificaremos as mismo el volumen de huecos.Es decir, el volumen de una porcin de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecnicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situacin dada se llama volumen aparente.Por esta razn, se habla tambin de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porcin de terreno, y su volumen aparente:d Ma Vada : 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 as un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumento del volumen aparente mediante la excavacin) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecnico (disminucin mediante apisonado).La figura 1.1 presenta esquemticamente la 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.La figura 1.2 representa la evolucin del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras.Mientras no se produzcan prdidas o adicin de agua, una porcin de suelo o rocas mantendr constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta constante la masade la porcin de terreno que se manipula.Va x da = MEn el movimiento de tierras esta limitacin se satisface muy pocas veces (evaporacin, expulsin de agua durante el apisonado, adicin de agua para facilitar el apisonado, etc.), por lo que la ecuacin 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.Al excavar el material en banco, ste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen.Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la produccin de excavacin y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios.En todo momento se debe saber si los volmenes de material que se manejan corresponden al 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.WF VB d S VS d BFW : factor de esponjamiento (swell)VB : volumen que ocupa el material en bancoVS : volumen que ocupa el material sueltodB : densidad en bancodS : densidad del material suelto.Se tiene que: M = dS x VS = dB x VBEl factor de esponjamiento es menor que 1. Sin embargo si en otro texto figura otra tabla con factores mayores que 1, quiere decir que estn tomando la inversa, o sea F = VS / VB y si se 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:WS VS VB x100VBSW : % de esponjamientoO en funcin de las densidades: WS d B d S x100d SSon 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 materialsuelto. Para volmenes se tiene:V SW S 100 1 V BPara densidades resulta: B d SW 100 S 1 dEl porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento estn relacionados:F d S d S 1 W Sd S WB W 1 d 1 100 S 100y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de 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.Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enrgicamente para conseguir un comportamiento mecnico acorde con el uso al que estn destinadas. Este proceso se conoce 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.Se denomina factor de consolidacin a la relacin entre el volumen del material en banco y el volumen que ocupa una vez compactado.VhF VB CFh : 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:F d C h dBFh : factor de consolidacin (Shrinkage).dB : densidad del material en banco.Otra relacin interesante es la que se denomina porcentaje de consolidacin. Expresa el porcentaje que representa la variacin de volumen del material en banco al material compactado, respecto al volumen del material en banco, multiplicada por 100:S VB VC 100h VBCon ello la relacin entre volumen en banco y volumen del material compactado queda:1VB 1 S h 100 VCSh : % 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 = M y el porcentaje de consolidacin puede expresarse como:d dS C B 100h dcSh : % de consolidacin.En este caso la relacin entre densidades es: S h d B 1 d C100 En cualquier caso, de las expresiones del factor de consolidacin y el porcentaje de consolidacin sededuce que estos estn relacionados por la expresin:VB 11 S h 100 VC1.6 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 (%)FwCaliza1,542,61700,59ArcillaEstado natural1,662,02220,83Seca1,481,84250,81Hmeda1,662,08250,80Arcilla y GravaSeca1,421,66170,86Hmeda1,541,84200,84Roca Alterada75% Roca - 25% Tierra1,962,79430,7050% Roca - 50% Tierra1,722,28330,7525% Roca - 75% Tierra1,571,06250,80TierraSeca1,511,90250,80Hmeda1,602,02260,79Barro1,251,54230,81Granito Fragmentado1,662,73640,61GravaNatural1,932,17130,89Seca1,511,69130,89Mojada2,022,26130,89Arena y Arcilla1,602,02260,79Yeso Fragmentado1,813,17750,57Arenisca1,512,52670,60ArenaSeca1,421,60130,89Hmeda1,691,90130,89Empapada1,842,08130,89Tierra yGravaSeca1,721,93130,89Hmeda2,022,23100,91Tierra Vegetal0,951,37440,69Basaltos Diabasas Fragmentadas1,752,61490,67NieveSeca0,13---------Hmeda0,52---------Tabla 1.1 Densidades del material en banco y suelto, para los casos ms frecuentes del movimiento de fierrasAl dimensionar los medios de transporte habr de tenerse en cuenta no solo la capacidad (m3) que cada vehculo tiene, sino considerar su carga mxima. Para no sobrepasarla es necesario conocer la densidad del material que se transporta.En la tabla 1.1 se exponen las densidades del material en banco y suelto, para los casos ms frecuentes del movimiento de fierras. Respecto al transporte, ha de considerarse la densidad del material suelto.1.7 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 compactacin sobre la tongada se refleja exclusivamente en 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), su anchura a y su longitud l no varan, mientras que su espesor hL pasa a ser, por efecto de la compactacin, hC.Por lo anterior queda claro que el cambio de volumen del material est fielmente reflejado en el cambio de altura de la tongada.Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en perfil, o sea despus de la compactacin hC, conviene conocer la relacin entre hC y hL para extender las tongadas con el espesor hL adecuado.Se denomina disminucin de espesor a la relacin entre la diferencia de espesor producida por lacompactacin y el espesor inicial, multiplicada por 100:h hS L C 100e hLSe : % de disminucin de espesor (en obra es denominado impropiamente esponjamiento).hL : espesor inicial de tongadahC : espesor de la tongada despus de la compactacinLa disminucin de espesor depende del tipo de material, mtodos de compactacin, etc. Sin embargo, en los materiales granulares (gravas, suelos - cemento, zahorras, etc.) muy frecuentes en la compactacin debido a su excelente comportamiento mecnico, su escasa sensibilidad a la humedad, etc., se ha observado que la disminucin de espesor es aproximadamente el 20 %.En el caso general: he hl 100 S e 100Cuando se trata de terrenos granulares (Sc 20, es necesario comprobarlo en cada caso en la obra):hC 0,8 x hLO bien: hL 1,25 x hCEstas consideraciones han de tenerse presentes en la operacin de extendido con motoniveladora o extendedoras, es decir, que la produccin de una motoniveladora en extendido (material suelto) no coincide con la del compactador (material compactado).CAPITULO 2ECUACION DEL MOVIMIENTO2.1 OBJETO DEL CAPITULO.El objeto de este captulo es la determinacin de la velocidad de traslacin a la que pueden 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.En este captulo se estudiarn los tipos de traccin de las mquinas y los tipos de resistencia al 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 la transmisin, se denominar traccin disponible o esfuerzo de traccin a la rueda, siendo sta el dimetro total del neumtico, o en el caso de cadenas el dimetro de la rueda cabilla (rueda motriz). La definicin de esta traccin es, por tanto, la fuerza que un motor puede transmitir al suelo.La traccin disponible se puede calcular de forma aproximada para cada velocidad de marcha mediante la expresin:T (Kg) 367 Potencia (Kw) x Rend. TransmisinD Velocidad (km/h)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 el70% y el 85%.2.2.2 TRACCION UTILIZABLE.La mquina en funcin de su peso dispondr de una fuerza determinada que se llama traccin 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.Para calcular la traccin utilizable se ha de multiplicar el peso total que gravita sobre las ruedas motrices por el factor de eficiencia a la traccin o coeficiente de traccin, cuyos valores ms comunes se encuentran en la tabla 2.1.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 %.En el clculo de la adherencia hay que tener en cuenta el nmero de ruedas motrices y la carga soportada por las mismas, que se denomina peso adherente.En los vehculos que llevan ruedas motrices y ruedas portantes se puede admitir en primeraaproximacin que las ruedas motrices soportan entre 1/2 y 2/3 de la carga total.FACTORES DE TRACCION fTTIPOS DE TERRENONEUMATICOSCADENASHormign o asfalto0,900,45Arcilla seca0,550,90Arcilla hmeda0,450,70Arcilla con huellas de rodada0,400,70Mena seca0,200,30Mena hmeda0,400,50Canteras0,650,55Camino de grava suelta0,360,50Nieve compacta0,200,27Hielo0,120,12Tierra firme0,550,90Tierra suelta0,450,60Carbn apilado0,450,60Tabla 2.1 Factores de traccin.En movimiento de tierras hay tendencia a elegir, siempre que sea posible, maquinaria de traccin total, es decir, traccin a todos los ejes; en el caso de camiones dmpers y dmpers articulados, que se vern en el captulo correspondiente, la traccin puede estar aplicada al eje de direccin y a los posteriores.Hoy todas las cargadoras son de traccin total, es decir, a los dos ejes, y esto se simplifica con el sistema articulado, en donde la direccin se realiza actuando en la articulacin con cilindros hidrulicos, en vez de poner los dispositivos con la complejidad mecnica que llevan los tractores agrcolas con traccin tambin al eje de direccin delantera, en los cuales no se puede obviar este problema al ser rgidos.En los tractores y cargadoras de cadenas todo su peso es traccin utilizable.2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y TRACCION UTILIZABLEUna vez estudiados los tipos de traccin habr que ver el movimiento del vehculo. Dicho movimiento se basa en la reaccin de sus ruedas o cadenas sobre el terreno, al cual le transmite el esfuerzo TD que produce el par motor.Si el esfuerzo de traccin TD es mayor que el esfuerzo mximo de reaccin del terreno TU se produce el deslizamiento, por lo que las ruedas patinan y la mquina avanza menos o puede llegar a detenerse.Por el contrario cuando TU es mayor que TD hay adherencia entre ruedas y suelo y el vehculo avanza correctamente.De todo lo anterior se deduce que de nada sirve que una mquina tenga un grupo propulsor muy potente (que desarrolla mucha traccin disponible), si no tiene el peso suficiente para conseguir un esfuerzo tractor (traccin utilizable). Por lo tanto, uno de los criterios de eleccin de una mquina de movimiento de tierras es el de elegir mquinas con un equilibrio entre el grupo motopropulsor y el peso de la misma. Se entiende por grupo motopropulsor el conjunto de motor y rganos de transmisin con sus reductoras.2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA.Es la resistencia principal que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie plana. Se admite que es proporcional al peso total del vehculo, y se expresa por:RR (Kg) = fR (Kg/t) x W (t)siendo:RR : Resistencia a la rodadurafR : factor de resistencia a la rodaduraW: peso del vehculo.La resistencia a la rodadura depende del tipo de terreno y tipo de elementos motrices, neumticos o cadenas. Los valores ms frecuentemente utilizados se recogen en la Tabla 2.2.TERRENORUEDASCADENASAlta presin*Baja presinHormign liso172227Asfalto en buen estado20-3225-3030-35Camino firme, superficie plana, ligera flexin bajo lacarga (buenas condiciones)20-3525-3530-40Camino blando de tierra(superficie irregular con unapenetracin de neumticos de 2 a 3 cm)50-7035-5040-45Camino blando de tierra(superficie irregular, conuna penetracin de neumticos de 10 a 15 cm)90-11075-10070-90Arena o grava suelta130-145110-13080-100Camino blando, fangoso, irregular o arenoso conms de 15 cm de penetracin de los neumticos150-200140-170100-120*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).En general cualquier vehculo de ruedas con neumticos debe vencer una resistencia del orden de20 Kg/t cuando se desplaza sobre caminos o carreteras donde las cubiertas no acusan ninguna 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.Existe una expresin que calcula, aproximadamente, el coeficiente de resistencia a la rodadura: fR = 20 + 4 h, siendo h la deformacin del neumtico y el hundimiento del suelo (o huella bajo la carga) medida en centmetros.De todas formas, decir que hay una resistencia a la rodadura fija para un determinado tipo de carretera o camino es errneo, puesto que el tamao del neumtico, la presin de inflado y la velocidad hacen variar dicha resistencia. Como en movimiento de tierras las velocidades son menores de 80Km/h, puede considerarse que no afecta la velocidad. Simplificando, se pueden asignar valores generales a varios tipos de firmes, Tabla 2.2.2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE.Es la componente del peso del vehculo paralela al plano de rodadura. La expresin de dicha 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:sen tan i 100 ; 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% de rampa (o de pendiente). Recprocamente 1% de pendiente (o de rampa) equivale a 10 Kg/t de incremento de esfuerzo tractor.De todo lo anterior se obtiene que la cantidad de Kg-fuerza de traccin requeridos para mover un vehculo es la suma de los necesarios para vencer la resistencia a la rodadura y los requeridos para vencer la resistencia a la pendiente, es decir:Rtotal = RR + RP = fR x W 10 x i x W f (Kg / t) R (Kg ) 10 W (t ) R i total 10 donde fR/10 se puede poner como una pendiente equivalente. A continuacin se desarrolla una aplicacin de las expresiones anteriores.Dada una mquina cuyo peso es de W = 22 t, la cual se desplaza por una superficie que tiene una pendiente i = -3% y con un coeficiente de resistencia a la rodadura de 50 Kg/t que equivale a una 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 Kgo bien: Rt =10 x 22 x (5 - 3) = 440 Kg2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACIONEs la fuerza de inercia. Supuesta una aceleracin uniforme para pasar de la velocidad v1 a v2 en un tiempo t:a dv v v 2 v1 dt t tLa resistencia para acelerar la masa de un vehculo de peso W(t.) ser:W R A g a 1.000 W 9,81 1.000 v 2 v1 3.600 t 28,29 W v 2 v1 tpara v1 = 0 y v2 = v quedar: R Kg 28,29 W t vkm / h A t seg Tambin Se puede expresar esta resistencia en funcin de la distancia recorrida por el vehculo,d(m):dv v v v v v v v v 2 v 2a 2 1 2 1 2 1 2 1 dt t d / v d 2 2dsustituyendo este valor de aceleracin en la expresin de la resistencia a la aceleracin resulta:R W v 2 v1 3,93 W t v 2 Km / h v1 Km / h 2 2A 9,81 2d 2 22d mPor 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:R 3,93 W vA dEsta 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.De 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 WResistencia a la aceleracin: Racel. = 28,29 x W x v/t Racel. = 3,93 x W x v2/tResistencia al aire: Raire = K x S x v2La 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 v2Si no, se consideran, como se dijo anteriormente, la resistencia a la aceleracin y la resistencia al aire resulta:Rtotal = fr x W 10 x i x WEl 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.Traccin 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 RtotalRecprocamente, conocida la resistencia total y las tracciones utilizable y potencia til Se puede obtener la mxima velocidad que es capaz de alcanzar la mquina en sus desplazamientos.Todo lo que se ha expresado anteriormente de forma numrica tambin se puede representar grficamente en un sistema de ejes coordenados, Fig. 2.8, en el cual se colocan en abscisas las velocidades del vehculo y en ordenadas las tracciones, resultando la 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 independiente de las velocidades y puede cortar a la curva TD, o ser exterior TuCaso TU: v1 : TU < TD, deslizamientov2 : TU = TD, > RT, v2 es vlidav3 : TU > TD , TD = RT , v3 es vlidav4: TU > TD , TD < RT , falta potencia luego v2 < v < v3Caso TU : v debe ser inferior a v3, pero est limitada inferiormente por el valor v5 de mx.TD, porque a su izquierda hay inestabilidad del vehculo (falta reduccin en la caja de cambios).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 ientonces: v Pot Pot Pot TD RT W f R 10 i 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.CAPITULO 3DETERMINACION DE LA PRODUCCION DE UNA MAQUINA Y COSTES3.1 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 / horaLas unidades de trabajo o de obra ms comnmente empleadas en un movimiento de tierra son el m3 o la t, pero en otras actividades de la construccin se usan otras ms adecuadas, como el metro lineal en la construccin de zanjas o de pilotes o el m2 en las pantallas de hormign. La unidad de tiempo ms empleada es la hora, aunque a veces la produccin se expresa por da.3.1.2 FACTORES.Esta cifra no es una constante del modelo de mquina, sino que depende de una serie de factores 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 considerablemente por adherirse el material a las paredes.b.2.- Accesos (pendiente, estado del firme).Repercusin 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:- en la potencia necesaria de los vehculos y por consiguiente, en el consumo de combustible.- en el tiempo de transporte, al conseguirse menores velocidades si estn en mal estado.- en la capacidad de transporte al ser mayores las cargas si estn bien conservadas.- en la propia logstica, si se producen averas y no hay zona de estacionamiento. 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)La climatologa no slo afecta a las interrupciones de trabajo sino al estado del 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 embotellamientos y 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.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 PopEn lo sucesivo P se referir siempre a la Produccin normal Ph.La relacin fh entre los minutos trabajados y los 60' de una hora es lo que se denomina eficiencia horaria, 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.CONDICIONES DE TRABAJOORGANIZACION DE OBRABuenaPromedioMalaBuenas0,900,750,60Promedio0,800,650,50Malas0,700,600,45Tabla 3.1 Factores de eficiencia fh.Si se consideran incentivos a 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.Por otro lado, en condiciones adversas de trabajo y organizacin, el tiempo real puede llegar solamente a ser el 50% del tiempo disponible.INCENTIVOORGANIZACIONMIN/HORAFhSIBUENA500,83SIMALA420,70NOMALA300,50Tabla 3.2 Incentivos a la produccin.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 hy 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 las prdidas por realizarse normalmente en horas no laborables para la mquina durante las de espera.- Condiciones atmosfricas locales, que adems de afectar a la produccin de la mquina entorpecen la marcha general de la obra.La tabla 3.3 expone algunos de los conceptos ms comunes y ejemplos de sus valores en condiciones medias, expresado como porcentaje. No es normal que 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)Es conveniente antes de comenzar la obra hacer un estudio de las posibles condiciones climatolgicas que se puedan presentar durante su desarrollo.El captulo de averas de la mquina puede llegar a ser importante y para disminuirlo hay que 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 adquisicin de unidades de repuesto si se emplean muchas iguales, con objeto de asegurar la 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 cabo dicho trabajo. Tiempo del Ciclo ser el invertido en realizar toda la serie hasta volver a la 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.El 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 velocidades requeridas en cada viaje, que es relativamente constante. 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 la medicin de un gran nmero de ciclos, mientras que un nmero insuficiente puede llevar a resultados errneos, debido al cambio en las condiciones externas (material, climatologa, ...)3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION.Una vez calculada la duracin del ciclo de trabajo, 5 posible estimar los ciclos que la mquina realiza en una hora (60/durac. en minutos) y conociendo la capacidad de la mquina (volumen de carga, ...) es inmediato el clculo de la produccin:Produccin (t m3) = Capacidad (t m3/ciclo) x N ciclos/horaEsta es la produccin terica horaria, pero la efectiva o real ser la resultante de aplicar a la anterior los factores correctores que se considere en cada caso y entre los que encuentran algunos de los ya estudiados. Otros importantes se refieren al trabajo diurno o nocturno o al empleo de neumticos o cadenas. Si C es la capacidad, la produccin real es:Pr = C x n ciclos / hora x f1 x f2 x f3 x ... xfn3.4 CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA.En el empleo de maquinaria en una obra se deber buscar su utilizacin ptima, a fin de no 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.El coste horario de una mquina puede hacerse exhaustivamente mediante la suma de varios factores. Los principales son:- Divisin del coste inicial entre el perodo de amortizacin que se pretende.- 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 direccin de obra, pero la depreciacin de la mquina, s que depende de la forma de utilizarla y del 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.Existe un manual de coste de maquinaria (Seopan-Atemcop) admitido por el MOPMA.Existe otra forma de estimar los costes horarios, procedente de la experiencia y vlida solamente para una primera aproximacin. Consiste en tomar como coste horario un porcentaje del 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).Los parques de maquinaria de las grandes empresas evalan los costes horarios atendiendo a sus propios criterios de amortizacin y gastos, para luego facilitarlo a la obra. Estos costes estn contrastados con los precios de alquiler de la maquinaria en el exterior y son similares, por lo que existen unos precios que se aceptan como costes horarios de mercado para los diferentes modelos de mquinas y que generalmente se dan sin combustible, con o sin operador, que se aadir 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 / PRODUCCIONLa 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.- Son directos todas las unidades de obra subcontratadas, y aquellas que el contratista principal ejecuta con su personal.- Indirectos, los de su propio personal de control de calidad, direccin y administracin, de forma que aunque los precios de los subcontratistas sean 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 proporcionales al 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 normalmente hay ciertos costes de produccin que aumentan al disminuir el plazo. Los plazos de ejecucin vienen determinados en ocasiones por 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.Retrasos en el comienzo de las obras son antieconmicos cuando se tiene una fecha fija de terminacin.El control de costes entra en la planificacin econmica.La planificacin (informatizada) de una obra se divide en:a)Plan de obra o programa tcnico: es un estudio del proceso constructivo descompuesto en actividadesy de sus plazos de ejecucin, mediante un modelo grfico, PERT, Red de Precedencias, etc.b) Planificacin econmica, o plan de objetivos, de costes, resultados y produccin(certificaciones) con su seguimiento y actualizacin cada determinado tiempo.CAPITULO 4CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINASDE 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.Estos materiales se pueden clasificar segn su velocidad ssmica, y tomando unos valores orientativos se utilizarn las mquinas que posteriormente 'se vern, y que pueden resumirse en el siguiente cuadro, en una primera aproximacin simplista:EXCAVACIONVELOC. SISMICAMAQUINATierras< 1000 m/sTractor hoja frontalExcavadoraTrallaTrnsito1000 - 2000 m/sEscarificador (Tractor cadenas)Roca> 2500 m/sExplosivosPerforadorasTabla 4.1 Velocidades ssmicasLos 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, pudiendo estar 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.El movimiento de tierras puede representar en la variante de una autova alrededor de 125.000 -200.000 m3/Km, y con un precio orientativo de 350 Pts/m3, resultan de 45 a 70 Mill. Pts/Km, y si se estima para la autova un costo de 400 - 500 Mill. Pts/Km, representa aproximadamente el 20%, ocupando del 50-60% del plazo de ejecucin.El movimiento de tierras en una presa de materiales sueltos depende de la longitud de la presa y caudal punta de aliviadero, que es el que condiciona el volumen de hormign, el cual puede tener un costo econmico total mayor que el del movimiento de tierras (el precio de la unidad de obra de hormign es muy superior al de las tierras).Unas cifras de valores medios situaran el movimiento de tierras del 45 al 75 %, del presupuesto 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 CONSTITUCION Y 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.As los diferentes tipos de materiales ofrecen diferente resistencia para ser movidos, 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.Las 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.Los tipos de excavacin, se pueden dividir en tres grupos: a cielo abierto, subterrneas y subacuticas. Dependiendo de la constitucin del terreno y del material excavado, se tendrn que 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 excavaciones es fundamental la eleccin del equipo idneo para transporte y carga.Como norma general hay que considerar que el equipo de transporte debe ser cargado entre 3 y 6 cargadoras o ciclos del equipo de carga.Los puntos a tener en cuenta para seleccionar el equipo de transporte son: Recorrido, distancia, pendientes y curvas, material a transportar, produccin requerida y equipo de carga disponible.Los correspondientes al equipo de carga, por orden de preferencia, son: Produccin requerida, zona de trabajo o carga (amplitud y condicionantes), caractersticas del material a cargar (en banco, ripado, volado), disponibilidad requerida, equipo de transporte a utilizar.4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS.Pueden ser:- En tnel y galeras: Normalmente es necesario el uso de explosivos o topos segn longitud y tipo de terreno. Debe tener seccin suficiente para permitir el uso de medios mecnicos de excavacin, carga y acarreo (mayor de 3 m2).Tambin se utilizan rizadoras y martillos de percusin. Los escudos cuando los terrenos son inestables.- En pozo: Excavacin en vertical o casi vertical, teniendo que ser extrados los productos por elevacin.Las dificultades, organizacin, medios auxiliares y 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 presencia de agua, especialmente en excavaciones descendentes.4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS.Son aquellas en las que no es posible una actuacin desde tierra, siendo necesario el empleo de material flotante o medios anlogos.Segn la naturaleza del fondo, se pueden clasificar en:- Arenas y fangos: Se pueden transportar por tubera los productos de excavacin mediante bombas y dragas de succin.- Fondos moderadamente duros: Arenas consolidadas y rocas blandas dragas de succin con cabe, al cortador.- Fondos duros: Mediante dragas de arranque o rosario. El material extrado no puede transportarse por tubera, por componerse normalmente de trozos grandes.- Rocas: Mediante martillo romperrocas o voladuras subacuticas.4.4 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, el conjunto de la mquina se traslada a una nueva posicin de trabajo, pero no excava durante este desplazamiento.El desplazamiento necesario entre el rgano de trabajo (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.4.4.3 MAQUINAS ESPECIALES.La excavacin se efecta empleando otros dispositivos, siendo su campo de aplicacin generalmente ms limitado.- Topos: La presin sobre el terreno se logra por mediante el desplazamiento del cabezal de la 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 por una corriente de agua que es aspirada por una bomba, que puede impulsarla por una 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 y corte de rocas. Se emplea para corte y perforacin de rocas y hormign en circunstancias 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:PARAMETROSCLASES DE MACIZOS ROCOSOS12345ALTERACIONIntensaAltaModeradaLigeraNulaValoracin< 05152025Resistencia de la Roca (MPa)< 2020 6040 6060 100> 100Compresin Simple (MPa)< 0,50,5 1,51,5 2,02,0 2,35> 3,5Valoracin (S)010152025Separacin entre Diaclasas(m)0,30,6 1,50,6 1,51,5 2,0> 2,0Valoracin515304550Potencia de los Estratos (m)< 0,10,1 0,30,3 0,60,6 1,5> 1,5Valoracin05102030Tabla 4.2 Evaluacin del ndice de Excavabilidad.En funcin de ste ndice, resultan unos rangos de utilizacin de distintos tipos de mquinas.CLASEFACILIDAD DE EXCAVACIONINDICE (W+S+J+B)EQUIPO DE EXCAVACIONMODELOS DE EQUIPOS EMPLEADOS1Muy fcil< 40Tractores de ripado Dragalinas ExcavadorasA. TractorB. Dragalina > 5 m3C. Excavadora deCables > 3 m32Fcil40 50A. TractorB. Dragalina >8 m3C. Excavacin deCables >5 m33Moderadamente difcil50 60DragalinasExcavadorasA. Tractor Excavadora Pala CargadoraB. ExcavadoraHidrulica >3 m34Difcil60 70A. Tractor Excavadora Pala CargadoraB. ExcavadoraHidrulica >3 m35Muy Difcil70 95ExcavadorasExcavadoraHidrulica > 3 m36Extremadamente difcil95 100ExcavadoraHidrulica > 7 m37Marginal sin voladura> 100ExcavadoraHidrulica > 10 m3Tabla 4.3 Rango de utilizacin de maquinaria segn el Indice de Excavabilidad.4.5.2CLASIFICACION DE FRANKLIN DE UTILIZACION DE MAQUINARIA DE EXCAVACION.Como complemento a las clasificaciones anteriores, el cuadro de Franklin relaciona zonas de utilizacin de excavadoras, tractores (escarificacin), segn espaciamiento entre fracturas y un ndice de resistencia a cargas puntuales.En el ensayo de Franklin, IS (MN/m2) es un ndice de resistencia a cargas puntuales (load point test).En Geotecnia se considera RC 20 Is. Franklin da una correlacin entre Is y RC (Resistencia a compresin, el espaciamiento entre fracturas o grado de agrietamiento, el ndice RQD (Rock Quality 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.DESCRIPCION DE SUELO/ROCARESISTENCIA ESPECIFICA A LA EXCAVACIONRESISTENCIA A COMPRESIONGENERALEJEMPLOSKL(N/cm)KA(N/cm2)(N/cm2)0Material granularCarbones. Minerales blandos. etc.---IBlando. suelo suelto yarenosoArenas100 - 5004 13300IISuelo relativamente densoArenas arcillosas blandas;Grava media a fina; Arcillas blandas o hmedas200 - 65012 - 25300-800IIISuelo densoArenas arcillosas duras;Arcillas; Lignitos blandos; Grava Dura250 - 80020 - 38800-1.000IVSuelo muy densoArcilla dura; Pizarra arcillosa;Carbn duro400 - 1.20030 -501.000-1.500VRoca semislida de bajaresistencia; Rocas con bastantes grietasPizarra arcillosa; Arcilla muydura; Fosforita blanda; Caliza muy blanda; Carbones500 - 1.60050 - 706.000 8.000VIRoca semislida relativamente dura; Roca con grietasCaliza blanda; Mrmol;Yesos;Arenisca; Fosforita dura; Pizarra;Carbn muy duro; Mineral muy fracturado900 1.95070 2002.000 3.0003.0008.000VIIRoca semislida dura;Suelos helados duros; Rocas con algunas grietasCaliza dura a extremadamentedura; Mrmol; Yeso; Arenisca dura; Mineral pesado con algunas grieta1.400 2.600180 5003.000 6.000VIIIRocas con pocas grietasMineral pesado con pocasgrietas--8.000IXRoca prcticamentemonolticaMineral pesado y masivo--8.000Tabla 4.4 Ensayos geomecnicos para evaluar la excavabilidad de las rocas mediante rotopalas.4.6 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS.La seleccin del tipo de mquina para carga, depende de los materiales, as como de las circunstancias que concurren en la carga.- Las cargadoras necesitan materiales a granel y que no precisen excavacin, tierras fcilmente 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 retroexcavadoras de cadenas pueden realizar su trabajo en terrenos difciles, encharcados, con malos accesos y salidas (zanjas, barrancos) y con una base de trabajo irregular. Tambin para aquellos trabajos que requieran gran 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.- Las excavadoras de empuje frontal elctricas pueden utilizarse cuando adems de concurrir las condiciones anteriores, hay facilidad para utilizar una lnea elctrica. (Las grandes cargadoras exigen motores elctricos y se necesita tender una lnea: Minera, fbricas de cemento, ...).- Dragalinas; para el movimiento de materiales encharcados o fangosos, con frentes de trabajoblandos que no soportan el peso de las mquinas convencionales.MQUINAAPLICACINALCANCE, OBSERVACIONESTractor, cadenasSlo arranque y extendido~ 15 mRetroexcavadorasArranque y carga~ 10 mTrallaCorte + Descarga + Acarreo+ Descarga + Extendido~ 20 mCargadoraCargarComplemento de un equipo3 5 mMotoniveladoraExtendido nivelacinMantenimiento de pistas~ 10 mDragalinaArranque dragadoLimpieza cauces en zonas hmedas y blandas~ 30 m Donde se hunden tractor y retrosTabla 4.5 Principales caractersticas de mquinas fundamentales en movimiento de tierras.4.7 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.- Que tenga asegurado por el fabricante, para un cierto tiempo de su vida, asistencia tcnica y repuestos (Servicio postventa).En la eleccin de las mquinas es importante la nueva doctrina del Aseguramiento de la Calidad. Esto se refiere a que el fabricante haya conseguido por algn organismo (T.U.V., por ejemplo) la certificacin de sus sistemas de calidad, de acuerdo a las exigencias de las normas U.N.E.. Esta certificacin de calidad puede cubrir tambin otros aspectos muy necesarios para el usuario como son los servicios postventa.Los criterios econmico-financieros para la eleccin de una mquina, pueden resumirse de la siguiente forma:CRITERIOS GENERALES DE ELECCION DE UNA MAQUINAPOR PRODUCCIONm3 t/hECONOMICOS (Por coste)Pts/m3 tFINANCIEROSCOMPRA LEASINGINVERSIONAMORTIZACIONALQUILERSUBCONTRATACIN DE LA UNIDAD DE OBRATabla 4.6 Criterios generales de eleccin de una mquina.4.8 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 aoSi 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 ndice tiende al 100%, considerando como maquinaria la del Contratista General y la de todos los subcontratistas.El ndice de inversin de maquinaria de una empresa es la relacin entre el valor anual de adquisicin de maquinaria y la obra total anual.El ndice de inversin de las nueve principales empresas del Seopan en todo el conjunto de obras vara entre el 3,6 y el 13,3%, de media 8% (Ao 1991). Resulta decreciente con los aos porque slo considera la maquinaria propia, no la de los subcontratistas, y lo que evidencia es que cada vez se 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.- Los nuevos modelos hacen obsoletos a los anteriores y antieconmicos de produccin y disponibilidad.4.9 LOS NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS.4.9.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTOEs importante la eleccin de los neumticos de las mquinas de acuerdo con las condiciones en que han de trabajar, para obtener un adecuado rendimiento.El elemento sobre el cual se puede influir ms directamente para variar el rendimiento de los neumticos es el inflado. Al variar la presin de inflado vara el rea de la huella, la resistencia a la rodadura, la flotabilidad, etc.En general, en un terreno blando o arenoso se deben usar neumticos de medidas mayores con la 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.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS1 Grado de carga para la presin de aire con que se trabajaT.V.H.2 Velocidad de marcha3 MantenimientoOperarioComprobacinInflado peridico4 Calidad abrasiva del materialTabla 4.7CONDICIONES DE USOFACTOR A APLICAR1,00,90,80,70,6A. Presin del neumtico (kg/m2), en comparacin con la especificada100 %90 %80 %75 %70 %B. Carga del neumtico, encomparacin con la especificada100 %110 %130 %150 %...C. Velocidad media (Km/h)1624324048D. Posicin de la ruedaTraseras arrastreFrontalesDe traccin en camiones basculantesDe traccin en camiones basculantesMototrallaE. Clase de superficie de recorridoTierra blandaCamino de gravaGrava angulosaGrava angulosaRoca angulosaTabla 4.8 Factores de reduccin de la vida de los neumticosEn la actualidad el tamao de las grandes mquinas de movimiento de tierras est limitado en gran medida por la duracin de los neumticos, ya que suponen una parte importante del costo total de la mquina y su duracin puede llegar a ser reducida si las condiciones de temperatura, velocidad, terreno, etc. son adversas ya que se producen calentamientos excesivos que los deterioran muy rpidamente.4.9.3 DIBUJO.Tambin es importante el dibujo de los neumticos para su posterior comportamiento en el trabajo.4.9.4 DENOMINACION.La denominacin de un neumtico se realiza de forma universal por dos nmeros, (por ejemplo24,00 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.DIBUJO DE LOS NEUMATICOSTerreno blandoDibujo con surcos profundosTerreno firmeDibujo con surcos profundosDibujo poco profundo con surcos gruesosTerreno rocosoDibujo poco profundo con surcos gruesosTerreno que se hundeHuella lisa y lo mayor posibleMnima presin unitaria sobre el terrenoMnima presin de infladoTabla 4.9 Dibujo de los neumticos4.9.5 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: El camin A acarrea 35 t. a una velocidad media de 16 Km/h y se han cambiado los neumticos cada 3.000 horas. El camin B acarrea 35 t. a 20 Km/h, y se cambian los neumticos a las2.500 horas.Camin A: T.V.H. = 35 x 16 x 3.000 = 1.680.000 t x KmCamin B: T.V.H. = 35 x 20 x 2.500 = 1.750.000 t x KmLuego, han dado mejor resultado los del B.Cada 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.HCAPITULO 5MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS5.1 ESFUERZO DE TRACCIN Y RESISTENCIA AL MOVIMIENTO.5.1.1 LAS CURVAS CARACTERSTICAS DE LA TRACCIN.Los tractores, utilizados normalmente en el movimiento de tierras, estn caracterizados por una relacin muy bien determinada entre el esfuerzo que proporciona el motor y la velocidad ideal que proporciona. Esta relacin es consecuencia directa de las curvas [par-rpm]. Sabiendo el nmero de [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 PtSiendo: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 valor de Pt se suele obtener multiplicando el valor del peso de la mquina sin aditamentos, por1.45.Los valores usualmente empleados del coeficiente de rodadura son los siguientes:NEUMTICOSORUGASMacadamTierra secaTierra no trabajada Tierra trabajada Tierra y barro Arena y grava Mucho barroPista dura y lisaPista firme y lisaPista de tierra con rodadasPista de tierra con rodada blandaPista de grava suelta3060758010012517020305075100324055658090110----------Tabla 5.1 Coeficiente de rodadura5.1.3 INFLUENCIA DE RAMPAS Y PENDIENTES.Dado que las pendientes o rampas no tienen mucha inclinacin, se puede utilizar la siguiente relacin fcilmente deducible:R p 10 p Ptsiendo: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).5.2 PROBLEMTICA DE LA ADHERENCIA.Los elementos motrices de las mquinas (neumticos, orugas,..) pueden no tener una adherencia perfecta con el suelo. De nada servira una mquina con un esfuerzo de traccin til elevado si por falta de adherencia (rganos de rodadura-suelo) no lo pueden desarrollar.La condicin de la adherencia debe comprobarse en todos los clculos para tener situaciones reales de comportamiento.El esfuerzo mximo que puede establecerse est dado por la simple expresin:Ea = Ka PtSiendo:Ea : Esfuerzo adherenteKa : Coeficiente de adherenciaPt : Peso total de la mquina, en orden de marcha ms su carga (Kg)El coeficiente se calcula experimentalmente, pudiendo establecer los siguientes valores:NEUMTICOSORUGASArcilla dura seca Arcilla dura hmeda Marga arcillosa seca Marga arcillosa hmeda Arena secaArena hmeda Suelo de cantera Camino de grava Tierra firme Tierra suelta0.90.20.50.40.20.40.60.40.60.450.60.30.90.70.30.50.50.50.90.6Tabla 5.2 Coeficiente de adherencia5.3 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.Este tipo de actividades se suele realizar con equipos pesados de maquinaria de Obras Pblicas, 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.Los bulldozer son tractores dotados de una cuchilla frontal rgidamente unida a l, que forma un 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 neumticosEl angledozer es similar al bulldozer, pero con posibilidad de dar a la cuchilla giro en plano 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.En las especificaciones tcnicas de los diferentes fabricantes, estn detalladas las dimensiones, lospesos, 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 ExcavacinEn la excavacin del material se realiza un esfuerzo, evaluado por la siguiente relacin:Ee = [C1+C2H] lSiendo:Ee : Esfuerzo arranque en Kg. h : Espesor tongada en cm.H : Altura tierras arrastradas en cm. C1 y C2 CoeficientesEn el momento de empezar la excavacin h = H, permitiendo evaluar el espesor inicial de la tongada a excavar en funcin del esfuerzo disponible.C1C2Tierra comn Arena y grava Piedra sueltaArcilla o material granular1401151902306.5987Tabla 5.3 Valores de los coeficientes C1 Y C2A.1.2. RendimientoEl rendimiento de bulldozer viene dado por la frmula siguiente:Rm 3 h Vc 60 Fe Ct nTcVc : 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.VOLUMEN (m3)CLASE DE TERRENOS/PERFILESPONJADOCOMPACTADOTierra Arcilla Arena1.001.001.001.251.401.100.900.900.95Tabla 5.4Tc : 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 pilotoPuesta e movimiento e hinca de la hoja . 5 seg.Excavacin . Lexc VexcParada . 2 seg. Giro . 2 seg. Inversin de marcha 1 seg.Retroceso Lretroc VretrocParada . 2 seg. Giro . 2 seg. Inversin de marcha 1 seg.A.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.La gran importancia econmica del ripado reside en el abaratamiento del costo de extraccin de ciertos materiales que no son excavables directamente. El parmetro que decide si un terreno es ripableo no es su velocidad ssmica.Vs: VELOCIDAD SSMICA (m/seg.)RIPABILIDADVs