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MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION
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CAPITULO I
CRITERIOS GENERALES PARA LA ORGANIZACIÓN DE UNA OBRA DE
MOVIMIENTO DE TIERRAS
La ejecución de obras de movimiento de tierras para la construcción de carreteras, pistas, ferrovías,
represas, vías urbanas, para la fundación de edificios, etc. requiere de una adecuada organización
que permita una acertada elección de las máquinas, su correcta utilización y su aprovechamiento
óptimo, para garantizar la conclusión de las mismas en los plazos previstos, además de la obtención
de ganancias a la empresa propietaria de las máquinas.
Para este fin las máquinas elegidas deben ser las que mejor respondan a las características del suelo,
principalmente en lo referente a su contenido de roca, su granulometría, contenido de humedad,
cohesividad, etc., en consideración del plazo de ejecución previsto para excavar, transportar y
rellenar los volúmenes que conforman la obra.
Los elementos de mayor preponderancia que determinan la organización de una obra, donde existe
movimiento de tierras, son los siguientes:
1. Características del terreno
2. condiciones ambientales
3. Caminos auxiliares de acarreo
4. Volúmenes de trabajo
5. Productividad del equipo
6. Selección del equipo
7. Plazo de ejecución
8. costo de la obra
1.1 CARACTERISITICAS DEL TERRENO
El movimiento de tierras es un trabajo que tiene como finalidad nivelar el terreno extrayendo el
material que sobra para poner donde falta. La combinación ideal de estas dos operaciones se
conseguirá cuando los volúmenes de desmonte y relleno se compensan. Situación difícil de lograr
ya que la capa superior del terreno contiene material orgánico en gran porcentaje, que no es apto
para la conformación de terraplenes, por otra parte si los volúmenes de relleno son superiores a
los de desmonte tendrá que utilizarse materiales de préstamo. En la zona occidental del país
generalmente los volúmenes de corte son mayores a los de relleno, por lo cual estos volúmenes
tendrán que ser trasladados a espacios donde no interfieran con las corrientes naturales de agua o
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al drenaje de las aguas de lluvia. En cambio en la zona oriental las características del suelo
determinan la realización de cambios de material, para lo cual se requieren volúmenes
extraordinarios de material, que serán obtenidos de bancos de préstamo.
El Ingeniero responsable de la obra debe evaluar detalladamente los volúmenes de obra a ejecutar
en desmonte y relleno, también es de gran importancia el conocimiento de las características del
suelo, ya que cada uno ofrecerá diferente resistencia y dificultad a la excavación, al empuje y al
transporte, por ejemplo suelos con un contenido elevado de roca ofrecerán mucha mayor
resistencia a ser excavados que una arena suelta. De igual manera la humedad modificará el
grado de resistencia, facilitando el deslizamiento de las partículas, hasta convertirlo en una masa
pegajosa difícil de extraer y cargar.
1.2 CONDICIONES AMBIENTALES
El régimen pluviométrico y las temperaturas preponderantes de la zona donde se encuentra la
obra, o la existencia de manantiales o pantanos, pueden dar lugar a la interrupción de los trabajos
haciendo inaccesibles los caminos de acceso, o dificultando los trabajos de compactación por
exceso de humedad del suelo.
En base a estas condiciones se podrá definir con una exactitud razonable los días de trabajo útil y el
plazo en el que será concluida la obra. De igual manera el número de máquinas y los turnos de
trabajo serán definidos de acuerdo a los días útiles de trabajo y al plazo que se dispone para la
ejecución de la obra.
1.3 CAMINOS DE ACARREO
En las obras alejadas de los centros poblados, especialmente en las viales, es necesario construir
muchos kilómetros de caminos auxiliares para el transporte de materiales desde los bancos de
préstamo, para el acarreo del volumen excedentario del suelo excavado hasta los depósitos o
botaderos, para el ingreso a las fuentes de agua, para mantener el tráfico de automotores en la
zona, o tan solo para facilitar el ingreso de equipos y suministros a la obra.
La construcción y mantenimiento de los caminos auxiliares de acarreo son costos directos del
movimiento de tierras y tendrán una incidencia importante en el costo total, sin embargo no
aparecen en el presupuesto general de la obra. La construcción de buenos caminos de acarreo
constituirá una inversión favorable por los réditos económicos que producirá el ahorro de tiempo,
debido a la velocidad que puede desarrollar el equipo de transporte, su menor deterioro y los
volúmenes de tierra que pueden ser transportados.
La conservación de la superficie o capa de rodadura utilizando equipo auxiliar, cuando son
grandes los volúmenes y largas las distancias de transporte, garantizará un rendimiento constante
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de las máquinas y un buen aprovechamiento de sus cualidades. La resistencia a la rodadura y la
mala tracción que producen los caminos mal conservados limitará el peso de la carga y la
velocidad que puede alcanzar el equipo de transporte.
1.4 EVALUACIÓN DE LOS VOLUMENES DE TRABAJO (CUBICACION)
Es necesario efectuar una evaluación de los volúmenes de obra con la mayor exactitud posible,
para definir el número de máquinas y el tiempo de trabajo, teniendo en cuenta los cambios de
volumen que sufren los materiales durante la ejecución de la obra.
La alteración del porcentaje de vacíos existentes entre las partículas del suelo en su estado
natural, producida por el esfuerzo mecánico aplicado al terreno, dará lugar a diferentes
volúmenes para el mismo peso de material, por ejemplo un material inalterado al ser extraído de
su lecho natural puede incrementar su volumen en un 20 %; si a este mismo material se le aplica
un esfuerzo de compactación este volumen puede disminuir en un 30 % o más, con respecto al
volumen suelto y en un 10 % o más con respecto al volumen original que tenía en su lecho.
El volumen de tierra, depende de las condiciones en que se encuentre, ya sea en su estado natural
(sin excavar), suelta (después de ser excavada), o compactada mediante el uso de un esfuerzo
mecánico.
Generalmente la productividad de las máquinas se expresa en función de tierra suelta, sin
embargo los proyectos consideran para su evaluación económica volúmenes en banco para los
itemes de excavación o desmonte y volúmenes compactados para los terraplenes o rellenos.
De acuerdo a lo anterior existen tres tipos de volúmenes:
Volumen en banco: tal como se encuentra en la naturaleza.
Volumen suelto: medido después que el suelo ha sido excavado manualmente o
utilizando equipo mecanizado.
Volumen compactado: que se mide después que el material ha sido compactado
mediante la aplicación de un esfuerzo mecánico.
1.4.1 FACTORES DE CONVERSION DE LOS VOLUMENES DE TIERRA
Factor volumétrico de conversión o factor de expansión: Es el resultado de la relación entre la
densidad de tierra suelta y la densidad de la tierra en banco, o de la relación del volumen en
banco y el volumen suelto.
𝐹𝑉 =𝛿𝑠𝛿𝑏
=𝑀𝑏
3
𝑀𝑠3
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𝑀𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜3 = 𝑀𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜𝑠
3 × 𝐹𝑉
Factor de compresibilidad: Es el factor que relaciona el volumen de material compactado y el
volumen en banco.
𝐹𝐶 =𝛿𝑏
𝛿𝑐=
𝑀𝑐3
𝑀𝑏3
Los factores de conversión pueden ser obtenidos en laboratorio, o copiados de la bibliografía
existente sobre el tema, donde es posible encontrar valores para diferentes tipos de materiales. En
el cuadro de la página 11 se dan valores de conversión para algunos materiales de uso frecuente,
considerando sus tres estados.
Ejemplo.- Se requiere transportar 1.000 M3 de arcilla arenosa, de acuerdo a la Tabla de la
página 11, ¿Cual será su volumen una vez excavada y lista para transportar?. ¿Cuál será su
volumen si luego se compacta?
Volumen en banco Volumen suelto Volumen compactado
1.000 M3 1.000 M3 x 1.25 = 1250 M3 1.250 x 0.72 = 900 M3
1.5 PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO
En toda obra con equipamiento mecanizado, un problema de suma importancia es el cálculo de la
producción de las máquinas. El primer paso para estimar la producción es calcular un valor
teórico que luego es ajustado a las condiciones reales de la obra, de acuerdo a cifras obtenidas en
experiencias anteriores o en trabajos similares; la productividad finalmente asumida no debe ser
ni muy optimista ni antieconómica.
Para el cálculo de la productividad teórica, se dispone de la información que proporcionan los
fabricantes, de acuerdo a las características particulares de cada máquina; estos valores deben
ajustarse de acuerdo a los elementos operativos, las condiciones geológicas, topográficas,
climáticas, etc. que prevalecerán en la obra.
1.5.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO
Entre los factores que influyen en la productividad, además de los factores propios de cada
máquina, podemos señalar los siguientes:
a) Factor de Eficiencia en Tiempo.- Es la evaluación del tiempo efectivo de trabajo durante
cada hora transcurrida, vale decir la cantidad de minutos trabajados por cada hora
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cronometrada.
Tabla 1. Factor de tiempo “t”
Tiempo trabajado
por hora
Factor "t"
Calificación
60 1 Utópico
50 0.83 Bueno
40 0.67 Regular
30 0.50 Malo
*Fuente: Manual de Rendimientos Caterpillar
b) Factor de Operación.- Representa la habilidad, experiencia y responsabilidad del operador.
En nuestro medio de asigna un valor o = 1 para aquellos con amplia experiencia y probada
capacidad y o = 0,8 para operadores promedio.
c) Altura.- La altura del terreno sobre el nivel del mar, tiene una influencia importante en la
potencia de los motores. Cuando una máquina estándar funciona a grandes altitudes, la potencia
disminuye debido a la disminución de la densidad del aire. Esta pérdida de potencia produce la
correspondiente disminución de tracción en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras de la
máquina. Hasta los 1.000 mts es posible conseguir que los motores desarrollen el 100 % de su
potencia; a partir de esta altitud se presenta un porcentaje de perdida de potencia equivalente al
1% por cada 100 metros de altura.
Para evaluar el efecto de la reducción de potencia en la productividad de la máquina se
incrementa la duración del ciclo en un porcentaje igual a la pérdida de potencia del motor a causa
de la altura.
d) Factor de Administración.- La eficiencia de la administración en campo e incluso en la
oficina central, es un elemento importante para la productividad que se pueda obtener con las
máquinas. La adecuada planificación, dirección y control de la obra permitirá mejorar la
productividad del equipo en su conjunto, de la misma forma que un adecuado y oportuno
mantenimiento de las máquinas y la provisión oportuna de repuestos, combustibles y lubricantes.
e) Factor de Eficiencia del Trabajo.- Resulta de la evaluación de los factores que son
constantes en una obra y pueden ser aplicados a todos los equipos que se utilizan en ella, tales
como el factor de eficiencia en tiempo, de operación, de altura, y de administración.
De acuerdo a las características de cada obra, existirá una combinación diferente de factores que
darán como resultado un valor propio "E".
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1.6 SELECCIÓN DE EQUIPOS
Una de las tareas más importantes para iniciar la ejecución de una obra es la elección adecuada
del equipo necesario, de acuerdo a sus características particulares, a los volúmenes de los
diferentes ítemes y al costo de adquisición de las máquinas, teniendo como propósitos principales
concluir satisfactoriamente la obra en el plazo estipulado y asegurar la obtención de ganancias.
Es importante considerar, además, la disponibilidad de las máquinas en el mercado, la oferta de
repuestos, las facilidades ofrecidas para el mantenimiento, y la posibilidad real de adjudicarse
obras similares para garantizar su uso continuado hasta el final de su vida útil.
1.6.1 FACTORES QUE SE CONSIDERAN EN LA SELECCIÓN DEL EQUIPO
Para efectuar una correcta selección de las máquinas, se deben considerar cuando menos los
siguientes factores.
a. Características de la obra
b. Potencia del motor
c. Oferta del mercado
a. CARACTERÍSTICAS DE LA OBRA
Se debe analizar detenidamente todos los elementos que afectan a la ejecución de cada obra en
particular, considerando con mayor detenimiento tres aspectos importantes:
Magnitud: La magnitud de la obra nos definirá la cantidad, la variedad y la potencia del
equipo requerido, de acuerdo a los volúmenes estimados para cada ítem. Además, la
conveniencia de que este equipo sea comprado, alquilado o una combinación de ambas
opciones.
Ubicación: La ubicación de la obra, nos proporcionará referencias de los centros urbanos
más próximos, de la disponibilidad de vías de acceso, de la posibilidad de suministro de
materiales y combustibles, de la oferta de mano de obra, de la facilidad de compra de
repuestos, etc. Además de las condiciones climatológicas de la zona y de su régimen
pluviométrico.
Características del Terreno: La información de las características del terreno y su
conformación geológica (contenido de roca, granulometría, humedad, etc.), será la base
para determinar las cualidades técnicas que debe tener el equipo y su grado de
especialización.
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b. POTENCIA DEL MOTOR
Potencia es la energía del motor en acción, que es capaz de efectuar un trabajo, a una velocidad
determinada, se requiere potencia para empujar, levantar o jalar una carga. Para determinar la
potencia de las máquinas se debe tener en cuenta la disminución de potencia que ocasionan la
fricción interna del motor y las pérdidas generadas por las condiciones de trabajo.
De esta manera la potencia disponible será la potencia nominal establecida por el fabricante menos
las pérdidas que originan las condiciones de operación y la fricción interna de la máquina.
En el caso de los equipos sobre neumáticos se debe considerar adicionalmente la resistencia que
genera el suelo al movimiento de las ruedas.
Resistencia a la rodadura: Es la fuerza que opone la superficie del camino al movimiento de las
ruedas. El vehículo no se moverá mientras esta fuerza no sea vencida. Los factores que producen la
resistencia al rodado son: el peso que actúa sobre las ruedas, la fricción interna, la flexión de los
neumáticos y la penetración de los neumáticos en el terreno. Esta resistencia es medida en
kilogramos de fuerza de tracción.
La resistencia al rodado afecta a todas las máquinas de ruedas, no así a los tractores de
orugas, por que éstos se mueven sobre sus carriles de acero, donde esta resistencia es
causada únicamente por fricción interna, por lo cual tendrá un valor constante.
Para una máquina sobre ruedas, transitando sobre una superficie plana y dura, como una calle
pavimentada, se puede calcular la resistencia a la rodadura con la siguiente expresión:
Donde:
RR = Resistencia a la rodadura
KR = Factor de resistencia al rodado
W = Peso bruto del vehículo (incluyendo carga)
Resistencia al rodado en cuesta: La inclinación del terreno produce una fuerza paralela a la
dirección de avance del vehículo, debido a la fuerza de gravedad que actúa sobre el mismo, que
puede ayudar o dificultar su movimiento. Cuando el vehículo se mueve cuesta arriba el efecto de
esta fuerza se traduce en una mayor demanda de potencia; si se mueve cuesta abajo el efecto será
una disminución de la potencia requerida. La resistencia al rodado en cuesta tiene un valor
estimado de 10 Kg/ Ton, por cada 1 % de inclinación; tendrá signo positivo si el vehículo se
dirige cuesta arriba, si está de bajada tendrá signo negativo.
WKR RR
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Tabla 2. Factores típicos de resistencia a la rodadura
TIPO DE CAMINO FACTOR KR
(Kg/Ton)
Duro y llano (Pavimentado o similar) no sede por efecto del peso 20.00
Firme con ligeras ondulaciones (grava o macadán) ligeramente
flexible bajo el peso 32.50
Arcilla dura en malas condiciones, penetración aproximada de
neumáticos de 2 a 3 cm. 50.00
Tierra blanda penetración de neumáticos de 10 a 15 cm 75.00
Tierra muy blanda, barriales o arenales 100 - 200
*Fuente: Manual de Rendimientos Caterpillar
c. OFERTA DEL MERCADO
Es importante conocer, la oferta de equipos y repuestos que existe en el lugar donde se encuentra
la obra, en las ciudades más próximas y en el mercado nacional; para hacer un análisis
comparativo de marcas, modelos, potencia, versatilidad, disponibilidad de repuestos, facilidad de
importación, etc., en relación a su costo.
También es necesario hacer un análisis realista de las ofertas de trabajo existentes para el futuro,
con el objeto de definir los periodos de amortización y tener un criterio sobre la cantidad de
recursos económicos que racionalmente se pueden invertir en la compra de máquinas, para
garantizar que su recuperación sea producto del trabajo del mismo equipo, en un plazo razonable
y redituando ganancias para el inversor, en proporción al monto invertido.
B
B
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Si la obra es pequeña y no existen posibilidades inmediatas para asegurar el uso continuado de las
máquinas hasta que amorticen su costo, la opción más conveniente será alquilar todo el equipo o
parte del requerido para la obra, aprovechando las facilidades que brinda el mercado. Si la
empresa dispone de máquinas de su propiedad, prioritariamente se deberá considerar su
utilización, en este caso solo se analizaran las opciones para el equipo faltante.
Sobre la base del análisis de los puntos anteriores de definirá, en primer lugar, la mejor
alternativa entre comprar o alquilar equipo. De haberse optado por la compra, se analizará cada
máquina para definir las cualidades que debe reunir: potencia, dimensiones, características
mecánicas, etc. y de acuerdo a estas características, a la oferta de trabajos futuros, a la facilidad
de mantenimiento y provisión de repuestos, al costo y a las condiciones de pago se deberá elegir
el número de máquinas, la marca y modelo más convenientes.
1.7 PLAZO DE EJECUCIÓN
En todos los proyectos de construcción el tiempo es un factor fundamental, el no concluir una obra
en el plazo estipulado puede ocasionar el fracaso del plan de trabajo y pérdidas económicas por una
mayor erogación de recursos y por la aplicación de multas establecidas en el contrato, para casos de
incumplimiento.
Para cumplir con el plazo comprometido se deberá conseguir un equilibrio racional entre el tipo y el
número de máquinas y el tiempo de trabajo de cada una de ellas, con este fin, es conveniente
elaborar un plan de ataque y un cronograma de utilización del equipo, para garantizar el uso eficiente
de equipo y personal.
1.7.1 PLAN DE ATAQUE O EJECUCIÓN DE LA OBRA
En este plan se define la organización y la forma en que será ejecutada la obra, las temporadas
más propicias para ejecutar los diferentes ítemes y su secuencia cronológica. Se deberá estimar
las horas de trabajo necesarias para cada ítem, además de evaluar las horas improductivas que
tendrá cada máquina. Este plan permitirá confeccionar el listado del equipo requerido para
cumplir con el plazo.
1.7.2 CRONOGRAMA DE UTILIZACIÓN DEL EQUIPO
Partiendo del plan de ataque, se confecciona un cronograma de utilización del equipo, definiendo
la participación cronológica de cada máquina y la cantidad de horas de trabajo necesarias para
cada fase de la obra.
Este cronograma y los volúmenes calculados para cada ítem permitirán definir el tipo, la potencia
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y la cantidad de máquinas que se requieren para cada ítem. Además de establecer con mayor
exactitud la cantidad de horas improductivas de cada equipo, y el plazo de ejecución de la obra.
1.8 COSTO DE LA OBRA
Las metas principales que se pretenden conseguir con la organización son: concluir la obra en el
menor tiempo posible y obtener el mayor rédito admisible. Para que una obra garantice la obtención
de beneficios económicos para la empresa, se requiere un programa de ejecución adecuado, una
administración eficiente y un control riguroso del gasto.
El Contratista antes de presentar su propuesta deberá hacer un análisis detallado de precios unitarios,
considerando las condiciones particulares de la obra y todos los factores que influyen en su
ejecución.
Generalmente se consideran los siguientes conceptos:
a) COSTOS FIJOS: corresponden a la amortización y depreciación del equipo, al interés del
capital invertido y al costo de seguros.
b) COSTOS DIRECTOS: Son las erogaciones que se realizan para la compra de materiales,
para el funcionamiento del equipo (combustible, lubricantes, filtros, neumáticos, etc.), los
salarios del personal, el costo de conservación y reparación del equipo.
c) COSTOS GENERALES: Representan los gastos administrativos, de dirección y
supervisión, del apoyo logístico a la obra, alquiler y equipamiento de oficinas, salario de
secretarias, materiales de escritorio, etc.
d) UTILIDAD: Es el porcentaje de ganancia a que tiene derecho el dueño de la empresa, el cual
dependerá de las condiciones de mercado y de la política que sigue su administración.
e) IMPUESTOS: En el costo final se debe considerar el monto que corresponde al pago de
impuestos, especialmente los correspondientes al Valor Agregado I.V.A. y el impuesto de
Transacciones I.T, de acuerdo a las disposiciones fiscales actualmente vigentes.
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Tabla3. Factores de conversión de los volúmenes de tierra
Tipo de suelo Condición inicial
Condición de la tierra para trabajar
Banco Suelta Compactada
Arena
Banco 1,00 1,11 0,95
Suelto 0,90 1,00 0,86
Compactado 1,05 1,17 1,00
Arcilla Arenosa
Banco 1,00 1,25 0,90
Suelto 0,80 1,00 0,72
Compactado 1,11 1,39 1,00
Arcilla
Banco 1,00 1,43 0,90
Suelto 0,70 1,00 0,63
Compactado 1,11 1,59 1,00
Cascajo
Banco 1,00 1,18 1,08
Suelto 0,85 1,00 0,91
Compactado 0,93 1,09 1,00
Grava
Banco 1,00 1,13 1,03
Suelto 0,88 1,00 0,91
Compactado 0,97 1,10 1,00
Grava sólida o
Resistente
Banco 1,00 1,42 1,29
Suelto 0,70 1,00 0,91
Compactado 0,77 1,10 1,00
Caliza fragmentada
Arenisca y rocas blandas
Banco 1,00 1,65 1,22
Suelto 0,61 1,00 0,74
Compactado 0,82 1,35 1,00
Granito fragmentado,
basalto y rocas duras
Banco 1,00 1,70 1,31
Suelto 0,59 1,00 0,77
Compactado 0,76 1,30 1,00
Rocas fragmentadas
Banco 1,00 1,75 1,40
Suelto 0,57 1,00 0,80
Compactado 0,71 1,24 1,00
Rocas dinamitadas
Banco 1,00 1,80 1,30
Suelto 0,56 1,00 0,72
Compactado 0,77 1,38 1,00
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CAPITULO II
DESCRIPCION DE EQUIPOS Y CÁLCULO DE PRODUCTIVIDAD
2.1. EQUIPO PARA CORTE Y DESMONTE
2.1.1 TRACTORES
2.1.1.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Son máquinas que transforman la potencia del motor en energía de tracción, para excavar,
empujar o jalar cargas.
Es un equipo fundamental para las construcciones, por su amplia versatilidad es capaz de realizar
una infinidad de tareas. Se fabrican sobre orugas o enllantados:
Los tractores sobre orugas desarrollan una mayor potencia a menor velocidad, los de ruedas
trabajan a mayor velocidad con un menor aprovechamiento de la energía del motor, su fuerza de
tracción es considerablemente menor a la del tractor de orugas.
TRACTORES DE ORUGAS
Tienen la ventaja de trabajar en condiciones adversas, sobre terrenos accidentados o poco
resistentes, en lugares donde no existen caminos, ya que es capaz de abrir su propia senda. Puede
transitar por laderas escarpadas y con fuertes pendientes.
Generalmente forma parte del primer contingente de máquinas que inician una obra, ya sea
abriendo sendas, efectuando la limpieza y desbosque del terreno o realizando las tareas de
excavación.
Se utiliza para una variedad de trabajos, tales como excavación, desbroce de árboles y arbustos,
remolque de traíllas sobre terrenos inestables, pantanosos y con fuerte pendiente, remolque de
apisonadoras, arados, etc., como pusher para el movimiento de traíllas. También se utilizan para
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trabajos de mayor precisión, como ser nivelación de terraplenes, desmonte de los lugares de
corte, empuje y acopio de materiales, apertura de cunetas, peinado de taludes, etc.
Se fabrican tractores con motores cuya potencia varía de 70 a 800 HP o más.
TRACTORES DE LLANTAS NEUMATICAS
Pueden desarrollar altas velocidades llegando a 60 KM/Hora, con la desventaja de que su fuerza
tractiva es mucho menor, debido a que el coeficiente de tracción es menor para los neumáticos.
Para su operación requieren superficies estables y uniformes, con poca pendiente, para evitar
hundimientos que disminuyen su tracción.
Los tractores sobre neumáticos pueden recorrer distancias considerables sin dañar los
pavimentos, por lo cual se utilizan en el mantenimiento de vías asfaltadas y con preferencia en el
transporte de materiales a largas distancias, por ejemplo los tractores que remolcan traíllas.
Los tractores de neumáticos pueden estar montados sobre dos o cuatro ruedas, de acuerdo al
trabajo que van a ejecutar.
Los tractores de dos ruedas están acoplados a la unidad de remolque, tienen fácil maniobrabilidad
para hacer giros en espacios reducidos. Su fuerza de tracción es mayor comparada con el de
cuatro ruedas, debido a que la resistencia a la rodadura es menor por tener un solo eje. Su costo
de mantenimiento es menor por el menor número de llantas.
Los tractores de cuatro ruedas tienen mayor estabilidad, por lo cual pueden transitar por caminos
más accidentados y desarrollar una mayor velocidad. Tienen la ventaja que pueden desacoplarse
de la unidad de remolque y usarse para otros fines.
DOZERS
Los dozers se definen como tractores dotados de una hoja topadora montada en la parte delantera
y al frente de los mismos.
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La hoja tiene una sección transversal curva para facilitar el trabajo de excavación, en su parte
inferior esta provista de piezas cortantes atornilladas denominadas cuchillas y en ambos extremos
una puntera también atornillada.
Las hojas están unidas al chasis de la oruga por dos brazos laterales, que tienen accionamiento
hidráulico mediante dos pistones de doble acción soportados por los brazos laterales, los pistones
son movidos por la presión de una bomba hidráulica de alta presión. Los dozers se subdividen, de
acuerdo al ángulo de trabajo de su hoja, en tres tipos:
BULLDOZER
Son tractores que tienen la hoja topadora fija,
perpendicular a su eje longitudinal, trabajan en línea
recta, solo tienen movimiento vertical. La hoja puede
inclinarse girando sobre el eje horizontal. Su uso es más
productivo y económico en el empuje de materiales
producto de excavaciones, o para excavaciones y
rellenos en línea recta.
ANGLEDOZER
Son tractores equipados con una hoja topadora movible que puede
girar hasta un ángulo de 30 grados, con respecto al eje longitudinal
del tractor. Su hoja también puede inclinarse ligeramente bajando
una de sus punteras con respecto al extremo opuesto. Su uso es
más eficiente en trabajos a media ladera.
TILDOZER
Esta máquina tiene un sistema de giro en la hoja topadora,
que le permite efectuar giros horizontales y verticales a
través de un sistema de mandos hidráulicos.
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TIPOS DE HOJAS TOPADORAS
Para obtener una mayor productividad los tractores deben ser equipados con la hoja topadora
adecuada, considerando los lugares y el tipo de trabajo que realizarán en la mayor parte de su
vida útil. Para un mejor conocimiento, se muestran los tipos de hojas que ofrece la Fábrica
CATERPILLAR, que es la marca de mayor arraigo en nuestro medio:
HOJA RECTA "S"
Esta hoja generalmente es más corta y de mayor altura, puede ser inclinada lateralmente para
facilitar su penetración en el suelo. Tiene mejor adaptación debido a su diseño de "U" modificada
y a su menor altura con referencia a la hoja universal "U", por lo cual puede maniobrar con
mayor facilidad, logrando penetrar de 30 a 60 centímetros de acuerdo al modelo y tamaño del
tractor, puede excavar suelos densos obteniendo mayores cargas en una amplia variedad de
materiales. Este tipo de hoja puede ajustarse dándole una inclinación frontal de hasta 10 grados.
HOJA ANGULABLE "A"
Tienen mayor longitud y menor altura, pueden situarse en posición recta o girar a derecha o
izquierda ajustándose en diversas posiciones intermedias hasta un ángulo de 30 grados, con
respecto al eje longitudinal del tractor. También pueden inclinarse lateralmente para que uno de
sus extremos penetre en el terreno en el ámbito inferior del opuesto. Especialmente han sido
diseñadas para efectuar empuje lateral acoplándose a los tractores angledozer. Se utilizan para
efectuar el corte inicial en los movimientos de tierras, en la apertura de zanjas y cunetas, en el
empuje de diferentes tipos de materiales, etc.
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HOJA UNIVERSAL "U"
Las amplias alas de esta hoja facilitan el empuje de grandes cargas a mayores distancias, se
utilizan para modelos de tractores de mayor tamaño, principalmente efectúan trabajos para la
habilitación de tierras, acopio de materiales para los cargadores frontales, para la excavación de
suelos livianos de poca densidad, etc. Relativamente tienen mayor longitud y altura, y una menor
penetración que su equivalente en hoja recta "S".
HOJA SEMI UNIVERSAL “SU”
La hoja “SU” combina las mejores características de las hojas S y U. Tiene mayor capacidad por
habérsele añadido alas cortas que incluyen sólo las cantoneras. Las alas mejoran la retención de
la carga y permiten conservar la capacidad de penetrar y acumular con rapidez en materiales muy
compactados, pueden trabajar en una gran variedad de materiales en aplicaciones de producción.
Un cilindro de inclinación aumenta la productividad y versatilidad de esta hoja.
HOJA AMORTIGUADA "C"
Se utiliza para el empuje de traíllas, sus muelles de amortiguación suavizan y facilitan esta
operación, su menor ancho le permite al operador una mejor visibilidad y una mayor
maniobrabilidad.
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HOJA PARA RELLENOS SANITARIOS
Están diseñados para trabajar con basura y materiales livianos de poca densidad, tiene una rejilla
en su parte superior que protege el radiador y facilita una buena visibilidad. La curvatura
transversal de la hoja permite que el material ruede uniformemente.
RASTRILLO
Se utilizan en trabajos de limpieza de terreno. Pueden trabajar con vegetación de árboles
medianos, ofrecen una buena penetración del suelo para sacar pequeños troncos, rocas y raíces.
En la mayoría de los casos, las puntas de los rastrillos son reemplazables.
CONTROL DE LA HOJA
El movimiento de la hoja topadora puede estar controlado por un sistema de cables o por mandos
hidráulicos: El control de cable tiene mayor simplicidad y menor precisión en su operación, su
reparación es más sencilla y menos costosa. Actualmente es muy poco usado.
Con el control hidráulico se puede ejercer una mayor presión sobre la cuchilla consiguiendo una
mayor penetración, además se consigue un ajuste más preciso y uniforme en la posición de la
hoja.
LIMITACIONES DE LOS TRACTORES
El mayor empuje en kilogramos que puede proporcionar un tractor es igual al peso de la máquina
más la fuerza que suministra el tren de fuerza. Algunas características del terreno y su humedad
limitan la aptitud del tractor para aprovechar la totalidad de su potencia. Los coeficientes
aproximados de los factores de tracción que aparecen en la tabla siguiente, permiten calcular la
fuerza máxima de empuje de la hoja topadora, multiplicando el peso del tractor por los
coeficientes de la tabla.
Tabla 4. Coeficientes aproximados de los factores de tracción o agarre en el suelo
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Tipo de suelo Ruedas con neumáticos Con orugas
Hormigón 0.90 0.45
Magra arcillosa seca (*) 0.55 0.90
Marga arcillosa mojada 0.45 0.70
Magra arcillosa con surcos 0.40 0.70
Arena seca 0.20 0.30
Arena Mojada 0.40 0.50
Canteras 0.65 0.55
Caminos de grava suelta 0.36 0.50
Tierra firme 0.55 0.90
Tierra floja 0.45 0.60
(*) Marga: material compuesto de arcilla y carbonato de calcio, tiene color grisáceo y se utiliza para la fabricación del cemento
Los tractores dozers tienen su mejor aprovechamiento en movimiento de tierras con recorridos de
excavación y empuje menores a 100 metros, con una distancia de excavación menor a 15 metros,
luego de la cual debe acumularse delante de la cuchilla una cantidad de material igual a su
capacidad máxima.
Si los terrenos son muy duros deben ser previamente aflojados, utilizando arados roturadores,
llamados desgarradores o escarificadores, o en su defecto realizando perforaciones para el uso de
explosivos.
DESGARRADOR O ESCARIFICADOR
Es un accesorio opcional que se ubica en la parte trasera de la
máquina, está formado por una viga provista de cavidades
donde se alojan los vástagos, cuyo número varía de uno a
cinco. Los vástagos son una especie de arados pero mucho más
largos, que tienen en su extremo inferior una punta removible.
Se utilizan para la rotura de suelos duros o rocosos, facilitan el
trabajo posterior de la hoja topadora, ampliando su campo de acción.
2.1.1.2 CALCULO DE PRODUCTIVIDAD DE TRACTORES CON TOPADORA
La productividad de los tractores depende de las dimensiones de su hoja topadora, de la potencia
del motor, del tipo de suelo (granulometría, forma de las partículas, contenido de roca, humedad,
etc.), de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe empujar el
material excavado, de la habilidad del operador, etc.
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CARACTERISTICAS DEL SUELO QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE
LOS TRACTORES
a) Tamaño y forma de las partículas.- Mientras más grandes sean las partículas del suelo
presentarán una mayor dificultad a la penetración de la cuchilla. Las partículas de bordes
cortantes dificultan la acción de volteo que produce la hoja, exigiendo una mayor potencia.
b) Cantidad de vacíos.- Cuando no hay vacíos, o son muy pocos, la mayor parte de la superficie
de cada partícula está en contacto con otras, constituyendo una ligazón que debe romperse. Un
material bien nivelado carece de vacíos y es generalmente muy denso, de modo que ofrecerá
mayor dificultad para ser extraído de su lecho natural.
e) Contenido de agua.- En materiales secos es mayor la ligazón entre las partículas, por lo cual
es más difícil su extracción. Si están muy húmedos, pesan más y se necesita mayor potencia para
empujarlos.
METODO PARA CALCULAR LA PRODUCCION
La productividad de las máquinas de construcción se mide en metros cúbicos por hora (m3/hora),
o yardas cúbicas por hora. Su cálculo está basado en el volumen que es capaz de producir la
máquina en cada ciclo de trabajo, lo cual depende principalmente de sus dimensiones, y del
número de ciclos que es capaz de ejecutar por hora.
Donde:
Q = Producción por hora (m3/hora)
q = Producción por ciclo (m3/ciclo)
N = Número de ciclos por Hora = 60/T
T = Tiempo de duración de un ciclo en minutos
Para calcular la producción por hora de un tractor excavando y/o empujando, inicialmente es
necesario calcular los siguientes valores:
Duración del ciclo (T)
Es el tiempo necesario para que una hoja topadora complete un ciclo de trabajo, excavación,
empuje, retroceso y virajes, se calcula con la siguiente fórmula:
Donde:
TqNqQ
60
ZR
dD
A
DT
)(
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D = Distancia de acarreo (m )
A = Velocidad de avance (m/min )
R = Velocidad de retroceso (m/min )
d = Distancia de corte (m)
Z = Tiempo que dura la operación de corte
Tiempo de corte (Z)
Este valor representa el tiempo de duración de la operación de corte o excavación; para
determinar este tiempo se considera, en condiciones promedio, una distancia que varia de 10 a 20
metros y una velocidad igual al 50% de la velocidad de avance del tractor.
Donde:
A = Velocidad de avance (m/min)
d = Distancia de corte (m)
Para las velocidades de avance y retroceso, se pueden utilizar los valores que proporciona el
fabricante, de acuerdo a las características de cada obra, o en su defecto, de acuerdo al tamaño del
tractor y las condiciones de trabajo, se pueden adoptar valores en el rango siguiente:
Marcha adelante: Primera: 3 a 4 Km/hra
Segunda: 4 a 7 Km/hra
Marcha atrás: Primera: 4 a 5 Km/hra
Segunda: 5 a 8 Km/hra
Producción por ciclo
Es un valor teórico que puede ser obtenido de los manuales del fabricante, o midiendo las
dimensiones de la hoja topadora que utiliza el tractor.
La
x
290.0q
a0.90a
x
A
d
A
dZ
2
2
tan
90.0 ax
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α = 40º (varia según el tipo de material)
La0.48q2
Donde: a = alto de la hoja topadora
L = ancho de la hoja topadora
Producción teórica
T
qQT
60
T
La
TLaQT 22 29
6048.0
Factores que Influyen en la producción de los tractores
Factor de hoja
Representa las condiciones en que se encuentra el suelo excavado y la dificultad que ofrece para
ser empujado. De acuerdo a las condiciones en que se realiza el empuje se adoptan los valores:
Tabla 5. Factores de hoja
CONDICIONES DE EMPUJE FACTOR DE HOJA
(Fh)
EMPUJE FACIL con cuchilla llena, para tierra suelta, bajo contenido de agua,
terrenos arenosos, tierra común, materiales amontonados 0.90-1,10
EMPUJE PROMEDIO tierra suelta pero imposible de empujar con cuchilla 0,70- 0,90
llena, suelo con grava, arena y roca triturada
EMPUJE DE DIFICULTAD MODERADA contenido alto de agua, arcilla 0,60-0,70
pegajosa con cascajo, arcilla seca y dura, suelo natural
EMPUJE DIFICIL roca dinamitada o fragmentos grandes de rocas 0,40-0,60
*Fuente: Manual de especificaciones y aplicaciones KOMATSU
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PENDIENTE (%)
FA
CT
OR
(p
)
Factor de pendiente
Representa el mayor esfuerzo que debe realizar la máquina para trabajar en sentido contrario a la
pendiente, o el menor esfuerzo si lo hace en el sentido de la pendiente. En condiciones promedio
se le asignan los valores siguientes.
Factor del tipo de material
Representa los diferentes niveles de dificultad que ofrecen los materiales para ser extraídos de su
lecho natural.
Tabla 6. Factor del tipo de material
MATERIAL FACTOR "m"
Suelto y amontonado, tierra. No compacta, arena, grava, suelo suave 1,00
Tierra compacta, arcilla seca, suelos con menos del 25 % de roca 0,90
Suelos duros con un contenido de roca de hasta 50 % 0,80
Roca escarificada o dinamitada, suelos con hasta 75 % de roca 0,70
Rocas areniscas y caliche 0,60
*Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo
Factor de eficiencia del trabajo
Resulta de la evaluación combinada de los factores correspondientes al aprovechamiento
del tiempo y a la habilidad de] operador.
PENDIEN
TE DEL
TERRENO
(%)
FACTOR
(p)
-15 1.20
-10 1.14
-5 1.07
0 1.00
+5 0.93
+10 0.86
+15 0.77
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Tabla 7. Factor de eficiencia de trabajo
CONDICIONES DE TRABAJO “t” “o” “E”
Excelentes 60/60 1.0 1.0
Buenas 50/60 0.9 0.75
Regulares 45/60 0.8 0.60
Deficientes 40/60 0,7 0.47 *Fuente: Manual de Rendimientos Caterpillar
Factor de altura
La disminución de productividad que ocasiona la pérdida de un porcentaje de potencia del motor,
debido a la altura sobre el nivel del mar, se evalúa incrementando la duración del ciclo en el
mismo porcentaje de la disminución de potencia.
h = (altura sobre el nivel del mar - 1000) / 10000
PRODUCCION REAL DE LOS TRACTORES "Q"
Para encontrar la producción real se debe multiplicar la producción teórica por los factores que
influyen en la producción, además de corregir la duración del ciclo, de acuerdo a la altura del
nivel del mar en la que se encuentra la obra:
)1(
******29 2
hT
EpFmLaQ h
PRODUCTIVIDAD DE LOS TRACTORES DE ORUGAS EN LIMPIEZA Y DESBROCE
El Servicio Nacional de Caminos, de acuerdo a su experiencia en diferentes trabajos de limpieza
de capa vegetal y desbroce de arbustos y árboles, en condiciones promedio, adopta los factores de
producción horaria que se detallan en de la Tabla Nº 8.
Los factores de productividad de la Tabla Nº 8 se deben multiplicar por la potencia del motor en
HP.
Tabla 8. Factores de Producción horaria
Para monte alto 0.00020 Ha/Hora/HP
Para monte medio 0.00035 Ha/Hora/HP
Para monte ralo 0.00045 Ha/Hora/HP
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2.2. TRAILLAS Y MOTOTRAILLAS
2.2.1. DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
TRAILLAS
TRAILLAS CON TRACTOR DE RUEDAS
Las traíllas o escrepas son máquinas diseñadas para el movimiento de tierras en grandes
volúmenes, especialmente en suelos finos o granulares de partículas pequeñas con poco o ningún
contenido de roca. Son máquinas transportadoras que tienen capacidad para excavar, auto
cargarse, transportar, descargar y desparramar los materiales en capas uniformes
Son cajas montadas sobre ruedas neumáticas de tamaño considerable y baja presión, dotadas de
una cuchilla frontal que efectúa la excavación del terreno introduciendo el material dentro la caja,
a través de una abertura situada sobre la cuchilla y controlada por una compuerta móvil.
Las traíllas pueden ser remolcadas o autopropulsadas, en cuyo caso se denominan mototraíllas.
Cuando trabajan en suelos duros requieren la ayuda de un tractor, para que las empuje apoyando
su cuchilla en un aditamento situado en la parte trasera de la máquina.
Las traíllas remolcadas con tractor de orugas son eficientes para distancias de transporte entre 90
y 300 metros, en cambio para distancias de 300 a 2000 metros son más eficaces las traíllas
remolcadas con tractores de neumáticos o las mototraíllas, debido a su mayor velocidad.
Como referencia los tractores de orugas tienen mayor eficiencia que las traíllas en distancias
menores a 90 metros, y los cargadores frontales trabajando con volquetas, en distancias
superiores a 300 metros, dan igual o mayor rendimiento que la traíllas remolcadas por tractores,
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de la misma forma en distancias superiores a 1000 metros tienen mejor rendimiento que las
mototraíllas.
Las traíllas remolcadas por tractores de orugas son controladas mediante cables desde la cabina
del tractor, o mediante un sistema hidráulico. Su uso está especialmente indicado en distancias
cortas sobre terrenos adversos que exigen una mayor fuerza de tracción.
En general las traíllas pueden auto cargarse utilizando únicamente la potencia del tractor, aunque
en algunos casos la dureza de los materiales obligará al uso de un segundo tractor empujador,
para aumentar la eficiencia de excavación y del cargado.
MOTOTRAILLAS
Son remolques excavadores montados sobre dos ruedas neumáticas y jaladas por un tractor de un
solo eje y dos ruedas, que prácticamente se integran para formar una sola unidad. Están provistos
de uno o dos motores, cuya potencia varía de 300 a 600 HP o más, con una capacidad de carga de
10 a 40 m3. Los movimientos de la mototraílla son accionados por pistones hidráulicos que
permiten la subida y bajada de la traílla y el giro del remolcador.
Su uso se recomienda principalmente para transporte de grandes volúmenes de materiales a
distancias relativamente cortas, sobre caminos de acceso bien conservados.
Tienen la desventaja de tener una fuerza tractiva menor a la de las traíllas remolcadas por tractor
de orugas, por esta razón requieren frecuentemente la ayuda de un tractor empujador. Sin
embargo existen modelos auto cargables que en condiciones favorables realizan todo el trabajo
sin ayuda de otra máquina, por ejemplo los modelos dotados de fuerza motriz en su eje trasero, a
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través de un segundo motor instalado en la parte trasera del equipo, denominados TWIN
MOTOR-SCRAPER (motores gemelos).
Las mototraíllas pueden desarrollar velocidades de hasta 40 km/hra sobre caminos en buenas
condiciones de rodadura, situación que difícilmente se encuentra en una obra en construcción, lo
que impedirá alcanzar esta velocidad máxima.
Las mototraíllas, están dotadas de los siguientes elementos:
Controles de la traílla.- Está compuesto por un sistema hidráulico de doble acción,
que permite accionar la compuerta, la caja y el expulsor.
Caja de la traílla.- Esta caja es baja y ancha para facilitar su llenado, está provista
de una cuchilla perpendicular a su eje longitudinal, que penetra en el suelo para
efectuar la excavación.
Compuerta.- De giro concéntrico, permanece abierta cuando la máquina realiza la
excavación y se cierra cuando la caja se ha llenado con el material excavado.
PROCESO DE CARGADO
Al iniciar la operación de excavación, con la máquina en movimiento hacia delante, se baja la
cuchilla de la traílla para que penetre en el terreno de 10 a 30 centímetros, de acuerdo al tipo de
suelo, al mismo tiempo se levanta la compuerta dejando una abertura de 20 a 30 centímetros para
facilitar el ingreso del material excavado. Esta operación se prolonga hasta conseguir el llenado
total de la caja.
En terrenos duros y compactos será necesario realizar el escarificado o roturado previo del suelo
utilizando un tractor de orugas, para facilitar el trabajo de las traíllas.
CONDICIONES DE TRABAJO
Para obtener un mayor rendimiento con un menor desgaste de la máquina, las mototraíllas deben
trabajar preferentemente:
a) En la excavación de capas vegetales, de arcilla gredosa seca, de arcilla con poco
contenido de humedad, de greda arenosa y de materiales granulares de grano fino.
b) La excavación y cargado deben efectuar sobre terreno plano o con pendiente descendente
c) Deben disponer de una distancia de cargado de por lo menos 50 metros, sin obstáculos,
para las maniobras de la máquina.
d) La superficie de excavación debe ser uniforme libre de huecos o huellas profundas.
e) Deben ser apoyadas por un tractor empujador, cuando sea necesario, de acuerdo al tipo de
material y las características de la mototraílla.
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2.2.2. PRODUCTIVIDAD DE LAS MOTOTRAILLAS
La productividad de las mototraíllas depende de las dimensiones de su caja, de la potencia del
motor, de la dureza y humedad del suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la
distancia a la que se debe trasladar el material excavado, de las condiciones en que se encuentra
el camino, de la habilidad del operador, etc.
T
qQ60
donde:
q = Capacidad colmada nominal de la mototraílla en m3
T = Duración del ciclo en minutos
DURACIÓN DEL CICLO "T"
La duración del ciclo comprende los tiempos parciales siguientes:
t1 = Tiempo de carga (depende de la capacidad de la traílla y del tipo de material)
ta = Tiempo de acarreo acconVelocidad
ciaDis
V
Dt
C
Aarg
tan
te = Tiempo de esparcido y giro (Tiempo que demora en descargar el material,
esparcir y efectuar las maniobras de viraje para retomar)
tr = Tiempo de retomo acVelocidad
ciaDis
V
Dt
R
Rargsin
tan
tv = Tiempo de virajes (representa el tiempo de las maniobras para colocarse en
posición de iniciar un nuevo ciclo)
RC
vevreaV
D
V
DttttttttT 11
Tabla 9: Tiempo de carga, de esparcido, de giro y tiempo fijo
Condiciones de
trabajo
Tiempo de
carga t1
Tiempo de
esparcido te
Tiempo de
virajes tv tF = t1 + te + tv
Excelente 0.90 0.60 0.50 2.00
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Promedio 1.10 0.80 0.70 2.60
Desfavorable 1.60 1.40 1.00 4.00
2.2.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LAS
MOTOTRAILLAS
Para obtener la producción real de las mototraíllas, se debe corregir el valor teórico multiplicando
por los factores de pendiente, resistencia a la rodadura, de material, de eficiencia del trabajo y por
el factor de carga útil, además de corregir la duración del ciclo de acuerdo a la elevación sobre el
mar. Los factores de material, de pendiente y de eficiencia del trabajo tienen la misma valoración
que para los tractores de orugas.
Factor de carga útil (Kc): Representa la pérdida de material durante las operaciones de carga y
transporte, es un equivalente del factor de acarreo de los cargadores frontales.
Tabla 10: Factores de carga de materiales
TIPO DE MATERIAL Kc
Arcilla 0.7
Arcilla Arenosa 0.8
Arena 0.9
Arcilla o arena densa mezclada con canto rodado 0.65
Tierra Magra 0.80 *Fuente “Manual del Ingeniero Civil” Frederick S. Merritt
RESISTENCIA A LA RODADURA: Este factor evalúa la resistencia que ofrece el camino al
movimiento de las ruedas. Si no se dispone de mayor información se pueden adoptar los valores
siguientes
CONDICIONES DEL CAMINO FACTOR
Plano y firme 0.98
Mal conservado pero firme 0.95
De arena y grava suelta 0.90
Blando y sin conservación 0.85
2.2.4. PRODUCCION REAL DE LAS MOTOTRAILLAS
h)T(1
Emrpkq60Q c
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donde: Q = Productividad real
q = Producción por ciclo
h = Incremento del ciclo por altura
Kc = Factor de carga útil
m = Factor de material
r = Resistencia a la rodadura
E = Factor de eficiencia de trabajo
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2.3. EXCAVADORAS HIDRAULICAS (RETROEXCAVADORAS)
2.3.1. DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
RETROEXCAVADORAS
Son máquinas que se fabrican para ejecutar excavaciones en diferentes tipos de suelos, siempre
que éstos no tengan un contenido elevado de rocas, se utilizan para excavación contra frentes de
ataque, para el movimiento de tierras, la apertura de zanjas, la excavación para fundaciones de
estructuras, demoliciones, excavaciones de bancos de agregados, en el montaje de tuberías de
alcantarillas, etc.
Es una máquina dotada de una tornamesa que le permite girar horizontalmente hasta un ángulo de
360º, realiza la excavación haciendo girar el cucharón hacia atrás y hacia arriba en un plano
vertical, en cada operación la pluma sube y baja. Para obtener un mayor rendimiento las alturas
de corte deben ser superiores a 1,50 metros. La altura de excavación depende de la capacidad del
cucharón y de la longitud de la pluma.
Están equipadas con diferentes tipos de cucharones de acuerdo al trabajo que van a realizar.
Como regla general se utilizan cucharones anchos en suelos fáciles de excavar y angostos para
terrenos más duros. Los de menor radio de giro tienen más fuerza de levante que los de radio
largo. Al elegir un cucharón para suelos duros es aconsejable adquirir el más angosto entre los de
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menor radio de giro. En algunos casos la capacidad de levante de la excavadora será el factor
decisivo en la elección de la máquina, para un determinado trabajo.
La capacidad de levante depende del peso de la máquina, de la ubicación de su centro de
gravedad, de la posición del punto de levantamiento y de su capacidad hidráulica. En cada
posición del cucharón la capacidad de levante está limitada por la carga límite de equilibrio
estático o por la fuerza hidráulica.
Las excavadoras pueden estar montadas sobre orugas o sobre neumáticos, siendo las de mayor
rendimiento las de orugas por sus mejores condiciones de equilibrio y su mejor agarre al suelo.
Algunas de las características de cada tipo son:
2.3.1.1. De Cadenas:
Mayor Tracción y estabilidad,
Fácil maniobrabilidad,
Operación en terrenos difíciles,
Mayor adherencia al terreno
Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina.
2.3.1.2. De Ruedas
Movilidad y velocidad
No dañan el pavimento
Nivelación de la máquina con estabilizadores
Menor adherencia al terreno
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Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina.
2.3.2. CARGA LÍMITE DE EQUILIBRIO ESTATICO
Según la S.A.E. se define como el peso de la carga del cucharón aplicado en el centro de
gravedad de la máquina, que produce una situación de desequilibrio a un radio determinado. El
radio de carga es la distancia horizontal medida desde el eje de rotación de la superestructura
(antes de cargar) hasta la línea vertical del centro de carga. La altura nominal corresponde a la
distancia vertical medida desde el gancho del cucharón hasta el suelo (dimensión B).
A = Radio desde el centro de giro.
B = Altura del gancho del cucharón
2.3.3. CARGA DE ELEVACION NOMINAL
Esta carga se obtiene considerando una altura nominal y un radio de carga definidos para la
posición más desfavorable. Las condiciones para que la máquina levante una carga que cuelga de
su cucharón son las siguientes:
La carga nominal no debe ser mayor del 75% de la carga límite de equilibrio
estático.
La carga nominal no debe exceder el 87% de la capacidad hidráulica de la
excavadora.
La carga nominal tampoco debe superar la capacidad estructural de la máquina.
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Para obtener el mayor provecho de las excavadoras se deben seleccionar cucharones adecuados a
las condiciones de los suelos en las que van a ser utilizadas. Los dos factores que deben
considerarse son el ancho del cucharón y el radio de giro medido hasta la punta.
Las excavadoras pueden en muchos casos, de acuerdo a las condiciones geológicas del terreno y
las características de la obra, reemplazar a los tractores con hoja topadora en las tareas de
excavación, especialmente si además de excavar hay que transportar los materiales extraídos, por
la ventaja que tienen de efectuar simultáneamente la operación de carga, con el consiguiente
ahorro del equipo requerido para esta operación. Para un mejor aprovechamiento de la
excavadora el número de volquetas debe estar definido de acuerdo a la productividad de esta
máquina, evitando tiempos de espera del equipo de excavación. En lo posible el volumen de la
tolva del volquete debe ser un múltiplo de la capacidad del cucharón de la excavadora.
Se fabrican excavadoras con motores cuya potencia varía de 50 a 800 HP, dotados de cucharones
con volúmenes de 0.1 a 11 m3
Las pequeñas retroexcavadoras acopladas a la parte trasera de los cargadores frontales son
accionadas aprovechando la potencia de su motor, tienen un alcance reducido, pero una mayor
precisión, son muy útiles para la excavación de zanjas para instalaciones hidráulicas, sanitarias o
eléctricas, para la excavación de cimientos, sótanos, etc.
2.3.4. EXCAVADORAS CON CUCRARON BIVALVA (ALMEJA)
El modelo de cucharón bivalvo amplía el campo de acción de las excavadoras, porque permite la
ejecución de trabajos que no son posibles realizar con un cucharón normal, tales como
excavaciones verticales profundas, movimiento de tierras alrededor de entibaciones,
demoliciones en lugares de difícil acceso, dragado para la obtención de agregados, etc.
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2.3.5. PRODUCTIVIDAD DE LAS EXCAVADORAS
La productividad de las excavadoras depende de las dimensiones de su cucharón, de la longitud
de su pluma, de la profundidad de excavación, de la potencia del motor, del tipo de suelo (dureza,
granulometría, forma de partículas, contenido de humedad), de la habilidad del operador, etc.
TqQT
60
donde:
QT = Producción Teórica de la excavadora
q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón)
T = Duración del ciclo
PRODUCCION POR CICLO (q)
Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene del manual del fabricante, o
directamente de las dimensiones del cucharón.
Para optimizar la producción por ciclo de una excavadora se debe considerar:
Altura del banco y distancia al camión ideales
Cuando el material es estable, la altura del banco debe ser
aproximadamente igual a la longitud del brazo. Si el
material es inestable, la altura del banco debe ser menor. La
posición ideal del camión es con la pared de la tolva situada
debajo del pasador de articulación de la pluma con el brazo.
Zona de trabajo y ángulo de giro óptimos
Para obtener la máxima producción, la zona de trabajo debe
estar limitada a 15° a cada lado del centro de la máquina, o
tener aproximadamente un ancho igual al del tren de rodaje.
Los camiones deben colocarse tan cerca como sea posible de la
línea central de la máquina. La ilustración muestra dos
alternativas posibles.
Distancia ideal del borde
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La máquina debe colocarse de forma que el brazo quede vertical cuando el cucharón alcanza su
carga máxima. Si la máquina se encuentra a una distancia mayor, se reduce la fuerza de
desprendimiento. Si se encuentra más cerca del borde, se perderá tiempo al sacar el brazo. El
operador debe comenzar a levantar la pluma cuando el cucharón haya recorrido el 75% de su arco
de plegado. En ese momento el brazo estará muy cerca de la vertical.
DURACION DEL CICLO (T)
Depende de la dureza del suelo, de la profundidad de excavación, del tamaño del cucharón, del
ángulo de giro y de la ubicación del equipo de transporte.
El ciclo de excavación de la excavadora consta de cuatro partes:
1. Carga del cucharón
2. Giro con carga
3. Descarga del cucharón
4. Giro sin carga
En condiciones de trabajo normales se adoptan los siguientes valores:
Tabla 11. Duración del ciclo
CONDICIONES
DE
TRABAJO
ANGULO DE GIRO Y TAMAÑO DEL CUCHARON EN m3
Angulo de 45 a 90` Angulo de 90 a 1 SO"
< 0,5 m
3
0,5 a 1
M3
1 a 2
M3
2 a 3
M3
< 0,5
M3
0,5 a 1
M3
1 a 2
M3
2 a 3 M3
Fácil 0,47 0,53 0,58 0,64 0,56 0,60 0,64 0,75
Promedio 0,55 0,63 0,69 0,77 0,67 0,72 0,77 0,92
Difícil 0,60 0,70 0,77 0,86 0.74 0,80 0,86 1.03
Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo
2.3.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODU0CCION DE LAS EXCAVADORAS
Para obtener la producción real de las excavadoras se deberá corregir la producción teórica
aplicando los factores de eficiencia del trabajo, de material y de cucharón o acarreo. El factor de
eficiencia tienen los mismos valores que los considerados para anteriores máquinas.
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FACTOR DE MATERIAL
Representa la resistencia y la dificultad que ofrecen los materiales para ser extraídos de su lecho
natural.
FACTOR DE CUCHARON O DE ACARREO
Representa la disminución del volumen del material acumulado en el cucharón, debido a la
pérdida por derrame en la operación de levante y descarga, varia de acuerdo a la forma y tamaño
de las partículas y de las condiciones de humedad. Se utilizan los mismos valores que los
recomendados para los cargadores frontales.
2.3.6. PRODUCTIVIDAD REAL DE LAS EXCAVADORAS
De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de las excavadoras será:
h)T(1
Ekm60qQ
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2.4. EQUIPO DE CARGA E IZAJE
DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
2.4.1. EQUIPO DE IZAJE
Como equipo de izaje podemos señalar a las grúas, que constan de una pluma de longitud
variable, un gancho y cables de mando en caso necesario. Las grúas pueden estar montados sobre
plataformas en camiones o también sobre orugas, su capacidad varía de un modelo a otro y se
mide por el peso que levanta. En el equipo para izaje también podemos indicar las cucharas de
almeja, las dragaminas y las máquinas para hincado de pilotes, que están provistas de un
dispositivo llamado martinete.
Las cucharas de almeja cuentan con un sistema similar al de una grúa, con la diferencia de que
cuenta con una cuchara accionada por cables de seguridad.
El martinete que se utiliza para el hincado de pilotes, se adapta a las grúas mediante dispositivos
especiales.
2.4.2. EQUIPO DE CARGA
Son máquinas compuestas por un chasis de tractor, que en su parte delantera lleva una pala
cargadora formada por un cucharón sujetado por dos brazos laterales, los cuales son accionados
por dos pistones de elevación de doble efecto alimentados por una bomba hidráulica de alta
presión. Disponen de un control automático del cucharón, mediante el cual se puede detener el
ascenso e iniciar la descarga a la altura prefijada, de acuerdo a la altura que tiene el equipo de
transporte.
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El cucharón está provisto de dientes empernados o cuchillas, que facilitan la penetración en el
suelo o en los materiales previamente excavados.
Pueden ser equipados opcionalmente por diferentes tipos de cucharones, lo cual les permite una
mayor versatilidad, el estándar o de uso múltiple puede ser cambiado por cucharones más
reforzados provistos de dientes en su borde de ataque, o con el borde en forma de “V”, se pueden
utilizar además cucharones de descarga lateral
Los cargadores frontales pueden ser de dos tipos:
Cargadores sobre neumáticos
Cargadores sobre orugas (palas mecánicas)
2.4.2.1. CARGADORES SOBRE NEUMATICOS
Se denominan cargadores frontales, tienen tracción en las cuatro ruedas con dos ejes motores y
dos diferenciales, que les permiten mejores condiciones de operación y un mejor
aprovechamiento de la potencia del motor. Tienen dirección articulada que les facilita los virajes
en espacios reducidos, gracias a su menor radio de giro.
El motor está montado sobre el eje trasero, para equilibrar el peso del cucharón cargado y para
aumentar la adherencia de las ruedas motrices.
El campo de aplicación de los cargadores frontales incluye el cargado de materiales sobre
vehículos de transporte, el traslado de materiales de un lugar a otro, por ejemplo en las plantas de
trituración, de asfalto y de hormigón, siempre que las distancias sean cortas y la superficie del
terreno uniforme y libre de protuberancias y huecos, en el rellenado de zanjas y el revestimiento
de taludes. Pueden realizar también trabajos de excavación en terrenos poco densos y sin
contenido de rocas, especialmente en espacios reducidos, como ser fundaciones de edificios,
puentes, etc.
Su mayor rendimiento se obtiene en el cargado de materiales previamente acopiados, para lo cual
el equipo de transporte debe ubicarse a la menor distancia posible del cargador frontal (5 metros)
y de tal forma que su ángulo de giro no sea mayor a 90o.
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Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina.
2.4.2.2. CARGADORES SOBRE ORUGAS
Llamados también palas mecánicas, se utilizan principalmente en trabajos de cantera y en
terrenos inestables, en nivelaciones y movimiento de tierras de gran volumen, ya que su tren de
rodaje especialmente diseñado para trabajos pesados y difíciles les permite una mayor adherencia
al terreno y una mayor estabilidad.
Estas dimensiones varian según a la marca y al modelo de la máquina
Estas dimensiones varían según a la marca y al modelo de la máquina
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2.4.3. ESPECIFICACIONES SAE (SOCIEDAD DE INGENIEROS DE AUTOMOTORES)
2.4.3.1. CARGA LÍMITE DE EQUILIBRIO ESTATICO
Es el peso de la carga en el centro de gravedad del cucharón que hace oscilar el extremo trasero
de la máquina, de tal manera que en los cargadores sobre orugas los rodillos delanteros se
levantan sobre las cadenas, y en los de ruedas las de atrás empiezan a desprenderse del suelo. El
cargador debe estar estacionado sobre una superficie dura y plana
2.4.3.2.CARGA DE OPERACIÓN
La carga de operación de los cargadores de ruedas no debe ser mayor al 50 % de la carga límite
de equilibrio estático, considerando la máquina equipada con los accesorios necesarios para el
trabajo. En los cargadores sobre orugas (palas mecánicas) no debe ser mayor al 35 % de la citada
carga límite.
2.4.3.3.CAPACIDAD DE LOS CARGADORES
Generalmente se define por el volumen geométrico del cucharón expresado en m3 ó yardas
cúbicas, medidas a ras o colmadas, Sin embargo este volumen debe ser corregido por el factor de
acarreo, que es un coeficiente que valora el material que se derrama en la operación de levante y
carga.
Capacidad a ras es el volumen contenido en el cucharon despues de nivelar la carga pasando un
rasero que se apoye sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharon. Capacidad colmada es la
capacidad a ras más la cantidad adicional que se acumule con un ángulo de reposo de 2:1.
2.4.4. PRODUCTIVIDAD DE CARGADORES FRONTALES Y
DE PALAS MECANICAS
La productividad de los cargadores frontales depende del volumen del cucharón y de la duración
de su ciclo de trabajo.
TqQT
60
Donde:
QT = Producción teórica horaria
q = Producción por ciclo (Vol. del cucharón)
T = Duración del ciclo
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PRODUCCION POR CICLO (q)
Es igual a la capacidad colmada del cucharón. Este dato se obtiene de los manuales de los
fabricantes o directamente de las dimensiones del cucharón.
DURACION DEL CICLO (T)
Es conveniente cronometrar este valor en la obra, en las condiciones reales de trabajo, en las
tablas que siguen se proporcionan las duraciones de los ciclos para condiciones promedio,
considerando la forma de cargado, las condiciones de operación y una distancia de recorrido del
cargador, del acopio al equipo de transporte, de 5 a 7 metros. Si el recorrido es mayor se deberá
incrementar la duración del ciclo en forma proporcional a la distancia que recorre la máquina.
CARGADO EN V CARGADO EN CRUZ
Tabla 12. Duración del ciclo para cargadores frontales en minutos
CONDICIONES
DE CARGA
FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON
CARGADO EN "V” CARGADO EN CRUZ
<3 M3 3.1 a. 5
M3 >5 M3 <3 M3
3.1 a. 5
M3 >5 M3
FACIL 0,6 0,7 0,8 0,55 0,65 0,75
PROMEDIO 0,7 0,8 0,85 0,65 0,75 0,8
MOD. DIFICIL 0,85 0,85 0,9 0,8 0,8 0,85
DIFICIL 0,9 0,9 0,95 0,85 0,9 0,9
*Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo
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Tabla 13. Duración del ciclo promedio para palas mecánicas en minutos
CONDICIONES
DE CARGA
FORMA DE CARGADO Y TAMAÑO DEL CUCHARON
CARGADO EN "V” CARGADO EN CRUZ
<3 M3 3.1 a. 5 M3 <3 M3 3.1 a. 5 M3
FACIL 0,7 0,75 0,7 0,75
PROMEDIO 0,75 0,85 0,75 0,85
MOD. DIFICIL 0,9 0,95 0,9 0,95
DIFICIL 0,95 1,0 0,95 1,0
*Fuente: Costos de Construcción Pesada y Edificación Leopoldo Varela Alonzo
2.4.5. PRODUCCION DE LOS CARGADORES FRONTALES
EN CARGA Y ACARREO
Los cargadores frontales también pueden efectuar trabajos de carga y transporte en distancias
relativamente cortas, no mayores a 300 metros y sobre plataformas con capas de rodadura
compactada y uniforme. Este tipo de trabajo se realiza en las plantas de trituración, en las plantas
de asfalto, en las plantas de hormigón, etc. En este caso se debe incrementar su ciclo de trabajo
incluyendo los tiempos que corresponden al recorrido de ida y de retorno, además de un tiempo
fijo para el llenado y descarga del cucharón, y los virajes.
T
qQ60
ZV
D
V
DT
RC
Donde:
D = Distancia de acarreo en metros
Z = Tiempo fijo
VC = Velocidad con carga en m/min.
VR = Velocidad de retorno en m/min.
Las velocidades de trabajo se pueden utilizar de la información del fabricante, de acuerdo al tipo
de maquina y las condiciones de las vías de circulación.
De manera referencial, para condiciones promedio de operación se pueden adoptar valores en los
rangos siguientes:
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Tabla 14. Velocidades de acarreo en condiciones promedio
Condición de Trabajo Marcha Adelante
(Km/hra)
Marcha Atrás
(Km/hra)
Con Carga 6.8 a 8 7 a 8.2
Sin Carga 12 a 13 12 a 14
TIEMPO FIJO ( Z )
El tiempo fijo Z está compuesto por los tiempos parciales siguientes:
321 tttZ
t1 = tiempo de cargado 0.20 a 0.35 min.
t2 = tiempo de giro 0.15 “
t3 = tiempo de descarga 0.10 “
Tiempo Fijo ( Z ) = 0.45 a 0.60 min.
2.4.5.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCCION DE LOS CARGADORES
FRONTALES Y DE LAS PALAS MECANICAS
Para obtener la producción real de los cargadores frontales y las palas mecánicas se deberá
corregir la producción teórica aplicando los factores de pendiente, de eficiencia del trabajo y de
cucharón o acarreo. Los dos primeros tienen los mismos valores que los considerados para los
equipos anteriormente descritos. Cuando estas máquinas realizan trabajos de carga y transporte se
deberá considerar, además, el factor de resistencia a la rodadura.
FACTOR DE CUCHARON O DE ACARREO
Representa la disminución del volumen de material cargado al cucharón, debido al derrame
producido en la operación de levante y descarga, varia de acuerdo a la forma, humedad y tamaño
de las partículas.
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Tabla 15. Valor "k" de acuerdo a las condiciones de trabajo
Condiciones de Operación Factor "k"
Cargado del cucharón fácil: cargado desde un acopio de tierra, o desde un montón de roca excavada
por otra máquina, el cucharón puede llenarse fácilmente. Se utiliza para arena, suelo arenoso, suelo
arcilloso con buen contenido de agua.
0,90 a 1.00
Cargado del cucharón en condiciones promedio: el cargado de tierra suelta desde el acopio es más
difícil, pero se puede llenar el cucharón. Se utiliza para arena, suelo arenoso, suelo arcilloso, grava sin
cernir, grava compactada.
0.85 a 0.95
Cargado del cucharón moderadamente difícil: difícil cargar cucharón lleno. Se utiliza para roca
pequeña acopiada por otra máquina, roca molida, arcilla dura, arena mezclada con grava, 0.80 a 0.85
Cargado difícil: difícil cargar el cucharón. Se utiliza para rocas grandes de forma irregular que forman
grandes espacios de aire, roca excavada con explosivos, piedras grandes, etc. 0.75 a 0.80
*Fuente: Manual de rendimiento KOMATSU
Este factor también se puede valorar en función del tamaño de las partículas de suelo, de acuerdo
a la tabla siguiente:
Tabla16. Factores de acarreo “k”
TAMAÑO FACTOR DE ACARREO “k”
Agregados húmedos mezclados 0,95 – 1,00
Agregados de 3 a 10 mm 0,95 – 1,00
Agregados uniformes hasta 3 mm 0,90 – 0,95
Agregados de 12 a 20 mm 0,85 - 0,90
Agregados mayores a 20 mm 0,80 - 0,85
Mezcla de tierra y roca 0,90 – 1,00
Roca de Voladura
Bien fragmentado 0,80 – 0,95
Fragmentación mediana 0,75 – 0,90
Mal fragmentada (con bloques o lajas) 0,60 – 0,75
*Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad real de los cargadores frontales y de
las palas mecánicas se podrá calcular utilizando la siguiente expresión:
h)T(1
Ekp60qQ
q = Volumen del cucharón
T = Duración del ciclo
k = Factor de cucharón
p = Factor de pendiente
h = Incremento del ciclo por altura
E = Factor de eficiencia de trabajo
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2.5. EQUIPO DE TRANSPORTE O ACARREO
2.5.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Entre el equipo utilizado para el transporte podemos citar a los camiones, volquetes, vagones,
remolques, traíllas, mototraíllas, etc. Estas unidades se utilizan en la construcción, para el
transporte del cemento, fierro, agregados, etc. En las construcciones viales, para el acarreo de
materiales desde los yacimientos o bancos de préstamo hasta los rellenos o terraplenes, para el
transporte de materiales clasificados con destino a las capas sub - base, base y para la
estabilización de plataformas o caminos de tierra, para transporte de mezclas asfálticas, etc.
2.5.1.1. CAMIONES DUMPERS
Son camiones de mayor capacidad y potencia que los volquetes, con una carga útil superior a 20
ton. la diferencia con los volquetes es que su chasis, motor y caja basculante se fabrican como
una unidad conjunta. Los camiones dumpers tienen dos variantes en cuanto a su uso específico,
dumpers para movimiento de tierras y dumpers para roca:
Los dumpers para movimiento de tierras están montados siempre sobre tres ejes, son construidos
para obras de largo alcance, con la capacidad necesaria para vencer las dificultades de caminos de
tierra mal conformados y cargar pesos ente 20 y 36 Ton, para lo cual están provistos de motores
con potencias que varían de 180 a 400 HP. Su caja de carga generalmente tiene doble o triple
fondo para resistir los impactos de la carga.
Los dumpers para roca están montados sobre dos ejes, están construidas especialmente para el
transporte de materiales pesados, como ser rocas de gran tamaño de difícil acomodo. Por sus
características impresionantes de tamaño y elevado peso no deben circular por carreteras
pavimentadas, su ciclo de trabajo debe ser corto para obtener su mayor rentabilidad. Están
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equipados con motores diesel de 400 a 2000 HP de potencia, pueden transportar cargas con pesos
entre 36 y 250 Ton.
Su caja de carga está provista de una visera de protección, para evitar daños al techo de la cabina,
además de un refuerzo especial para soportar el impacto de los materiales pétreos.
2.5.1.2. VOLQUETES
Se utilizan para el transporte de tierra, agregados y otros materiales de construcción. Debido a las
altas velocidades que son capaces de desarrollar requieren de caminos adecuados, que faciliten el
aprovechamiento de su capacidad de transporte, a costos relativamente bajos.
Los volquetes son camiones fabricados en serie, con dos o tres ejes provistos de neumáticos,
sobre los cuales en vez de carrocería se ha montado una caja o tolva basculante. Pueden transitar
por carretera o terreno llano siempre que tenga la resistencia necesaria para soportar su peso, se
fabrican con capacidades entre 4 y 30 Ton, con motores a diesel o gasolina de 65 a 250 HP. La
caja de carga o tolva es de fabricación robusta, de acero de alta resistencia, dotada de un sistema
hidráulico de elevación, formado por uno o dos pistones accionados por la toma de fuerza del
motor y un eje de transmisión que está conectado a una bomba hidráulica.
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VENTAJAS DE LOS VOLQUETES DE ACUERDO A SU CAPACIDAD
VOLQUETES PEQUEÑOS VOLQUETES DE GRAN CAPACIDAD
Fáciles de maniobrar, ventajoso para acarreos a
corta distancia.
Desarrollan velocidades más altas.
Es más fácil equilibrar el número de camiones con
la capacidad del cargador.
Mayor costo de operación por el número mayor de
chóferes que se requiere.
Mayor costo de adquisición por el mayor número
de volquetas necesario, para obtener una
determinada capacidad.
Mayor costo de mantenimiento, porque requieren
mayor cantidad de repuestos y más horas de mano
de obra.
Requieren menor inversión porque se necesita un
menor número de volquetes para el mismo
volumen de trabajo.
Menor número de camiones facilita el ciclo de
trabajo, evitando el embotellamiento y los tiempos
de espera.
Requieren menor número de chóferes.
Su mayor peso puede dañar los caminos de acarreo.
Mayor dificultad para equilibrar el número de
camiones con la capacidad del equipo de carga.
Requieren un cargador de mayor capacidad.
2.5.2. PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES
La producción de los volquetes depende de la distancia de transporte, de la velocidad que puede
desarrollar la máquina, del estado del camino, de las características del equipo de carga, de la
habilidad del chofer, etc.
V
TT
60CQ
Cqn C
Donde:
C = Producción por ciclo m3/ciclo
TV = Duración del ciclo del volquete en min.
n = Número de ciclos necesarios para que el equipo de carga llene el volquete
qC = Capacidad del cucharón colmado (m3) (del cargador frontal o excavadora)
k = Factor de cucharón o de acarreo
SueltoMatC Kq
TonVolquetedelalNoCapacidadn
.
)(min
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2.5.2.1. ESTIMACION DE LA DURACION DEL CICLO
La duración del ciclo de trabajo de un volquete, está compuesta por los siguientes tiempos:
Tiempo de carga "T1"
Es el tiempo necesario par que el cargador llene el volquete (depende de la capacidad y el ciclo
del equipo de carga).
Tcnt 1
Dónde: Tc = Ciclo del equipo de carga
Tiempo Fijo
Esta formado por:
t2 = Tiempo de descarga más el tiempo de espera para iniciar esta operación
t3 = Tiempo para maniobras del volquete y para que el cargador empiece la operación de carga
De acuerdo a las condiciones de operación, se puede adoptar los tiempos fijos siguientes:
Tabla 19. Tiempo fijo
CONDICION DE OPERACION t2 (min) t3 (min) tf = t2 + t3
Favorables 0.5-0.7 0.10-0.20 0.60-0.90
Promedio 1.0-1.3 0.25-0.35 1.25-1.65
Desfavorables 1.5-2.0 0.40-0.50 1.90-2.50
Tiempo de acarreo (ta)
Es el tiempo necesario para que el volquete cargado recorra la distancia existente hasta el lugar
de destino. Depende de la distancia de acarreo "D" y de la velocidad que desarrolla el volquete
con carga.
C
aV
Dt
Donde:
D = Distancia de acarreo (m)
VC = Vel. con carga en m/min.
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Tiempo de Retorno (tR)
Es el tiempo que la volqueta requiere para regresar al lugar donde se encuentra el equipo de
carga. Depende de la distancia de acarreo "D" y la velocidad que puede desarrollar la volqueta
vacía.
R
RV
Dt
Donde: VR = Vel. de la volqueta vacía m/min.
De acuerdo a lo anterior la duración del ciclo de trabajo del volquete será igual:
RttttT a1fV
RC
fCVV
D
V
DtTnT
Donde:
n = Nº de ciclos del equipo de carga necesarios para llenar el volquete
TC = duración del ciclo del equipo de carga (min)
tf = tiempo fijo de la volqueta (min)
D = distancia de acarreo (m)
VC = velocidad con carga (m/min)
VR = velocidad volqueta vacía (m/min)
En caminos medianamente conservados las velocidades referenciales que pueden desarrollar los
volquetes en condiciones promedio, son las siguientes:
Tabla 20. Velocidades de trabajo
CONDICIONES DE TRABAJO VELOCIDAD EN KM/ HORA
D<1KM D=295KM D>5KM
CON CARGA Camino plano 20-25 30-35 35-40
Con subidas y bajadas 15-20 18-24 20-25
SIN CARGA Camino plano 25-30 35-40 45-50
Con subidas y bajadas 20-25 30-36 36-42
2.5.2.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES:
Para calcular la productividad real, se deben considerar los factores correspondientes a la
resistencia a la rodadura, la pendiente del camino y la eficiencia del trabajo; a los dos últimos se
les asigna los mismos valores que a los equipos anteriormente considerados, con la diferencia de
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que el factor de operación puede tener un valor mayor, debido a la mayor oferta de chóferes
calificados.
Resistencia a la Rodadura
Este factor evalúa la resistencia que ofrece el camino al movimiento de las ruedas. Si no se
dispone de mayor información se pueden utilizar los valores siguientes:
Tabla 21. Resistencia a la rodadura
CONDICIONES DEL CAMINO FACTOR "r"
Plano y firme 0.98
Mal conservado pero firme 0.95
De arena y grava suelta 0.90
Blando y sin conservación 0.85
De acuerdo a lo escrito anteriormente, la productividad real de los volquetes se calculará
utilizando la siguiente expresión.
H)T(1
Erp60CQ
TRABAJO COMBINADO DE VOLQUETES CON EQUIPO DE CARGA
En el trabajo combinado que normalmente realizan los volquetes y los equipos de carga, es
deseable que la capacidad de operación de los volquetes sea igual al de los cargadores, para evitar
los tiempos de espera, esto ocurrirá si se encuentran las condiciones que satisfagan la siguiente
ecuación:
QVOLQUETA * M = QCARG. O EXC. * N
(1) (2)
Donde: N = Número de cargadores o excavadores
M = Número de volquetes
Si (1) > (2) Los volquetes tienen una capacidad excedente.
Si (1) < (2) Los cargadores tienen una capacidad excedente.
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2.6. CAMIONES AGUATEROS
Son tanques de agua cilíndricos, montados sobre chasis de camión, que se utilizan para el regado
de terraplenes, con el fin de conseguir la humedad óptima especificada para una obra y facilitar el
trabajo de compactación. Los tanques de acuerdo a la potencia del motor y el número de ejes del
camión, pueden tener una capacidad que varía de 2.000 a 30.000 lts.
Están equipados con un regador horizontal en la parte trasera y debajo del tanque, el sistema de
vaciado del agua puede ser por gravedad o a presión, en cuyo caso estará equipado con una
bomba de agua; comparativamente el vaciado a presión ofrece mayores ventajas.
2.6.1. PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES AGUATEROS
La producción de los camiones aguateros depende de la distancia de transporte, de la velocidad
que puede desarrollar la máquina, del estado del camino, de la capacidad de las bombas de agua,
de las condiciones de descarga, etc.
A
TT
CQ60
Donde: C = Capacidad del tanque en litros
TA = Duración del ciclo del camión aguatero en minutos
Duración del Ciclo " TA "
El ciclo del camión aguatero está determinado por la suma de los tiempos parciales siguientes:
Tiempo de Carga "t1": Es el tiempo necesario para llenar de agua el tanque del camión,
utilizando bomba o por gravedad. Si se utiliza una bomba será igual a:
𝒕𝟏 =𝑪
𝑱 Siendo J = rendimiento de la bomba en lts/min. :
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Para una bomba de 2" J = 215 Lts/min
Para una bomba de 3" J = 480 Lts/min
Para una bomba de 4" J = 850 Lts/min
Tiempo Fijo "tF": Representa el tiempo que demandan las maniobras para que el camión se
ubique en el lugar de carga y para que la bomba de agua empiece a funcionar. En condiciones
promedio se puede asignar valores que varían de 1 a 1,5 min.
Tiempo de Descarga "t2": Es el tiempo que demora el camión en vaciar el agua, a través del
regador, en la superficie del relleno. En promedio se puede considerar un caudal de vaciado de
400 a 600 Lts/Min, por lo cual:
VJ
Ct 2
Donde: Jv = Caudal de vaciado 400 a 600 lt/min
Tiempo de Acarreo "ta": Es el tiempo necesario para que el camión aguatero cargado se
traslade desde la fuente de agua hasta el sector de trabajo.
C
aV
Dt
donde: D = Distancia de acarreo en metros
VC = Velocidad del camión cargado en m/min.
IEMPO DE RETORNO "tr": Es el tiempo que el camión utiliza para retornar a la fuente de
agua.
r
rV
Dt
Donde: Vr = Velocidad del camión vacío en m/min.
De acuerdo a lo anteriormente expuesto, la duración del ciclo de un camión aguatero será igual a:
rC
rafAV
D
V
DC
J
CtttttT
500min25.121
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min25.1500
rC
AV
D
V
DC
J
CT
Las velocidades que pueden desarrollar los camiones aguateros son similares a las velocidades
sugeridas para la productividad de los volquetes.
2.6.2. PRODUCTIVIDAD EN FUNCION DEL MATERIAL HIDRATADO
En la construcción de terraplenes, la cantidad de agua que se requiere agregar a los materiales
para obtener una humedad adecuada para la compactación, depende del tipo de material y de su
humedad natural, esta cantidad se determina en laboratorio mediante el Ensayo de Compactación
(Proctor Estándar o Modificado). El resultado obtenido es un porcentaje de agua en relación al
peso del material
En condiciones promedio, la cantidad de agua requerida es igual al 6 %. Por ejemplo para un
suelo con un peso específico de 1.500 kg/m3, la cantidad de agua para 1 M3 de material será igual
a 90 litros.
Si [i] es la cantidad de agua en litros requerida por cada metro cúbico de suelo La productividad
del camión aguatero, en función de los metros cúbicos de material hidratado será igual a:
Hora
HidratM )(3
ATi
C60Q
2.6.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE CAMIONES AGUATEROS
Para calcular su productividad real, se deben considerar los factores correspondientes a la
resistencia a la rodadura, la pendiente del camino y la eficiencia del trabajo. Los valores de estos
factores son iguales a los considerados para la productividad de los volquetes.
)1(
60
hTi
EprCQ
A
TA = Duración del ciclo [min]
C = Capacidad del tanque [Litros]
r = Resistencia a la rodadura
i = Cantidad de agua [Litros/M3]
p = Factor de pendiente
E = Factor de eficiencia de trabajo
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2.7. EQUIPO PARA LA CONSTRUCCION DE TERRAPLENES
2.7.1. MOTONIVELADORAS
2.7.1.1 DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Están compuestas de un tractor de cuatro ruedas, que en su parte delantera tiene un brazo largo o
bastidor apoyado en un tren delantero de dos ruedas, las cuales son de dirección. La máquina está
equipada con una hoja de corte montada entre sus ejes delantero y trasero, la cual está dotada de
movimientos vertical y horizontal, de rotación y de translación en su propio plano. El
movimiento horizontal de la hoja varía de 0° a 180° en relación al eje longitudinal de la máquina,
y en el plano vertical su inclinación puede llegar a 90° en relación al suelo.
La gran movilidad de esta hoja le permite situarse con precisión en diversas posiciones, puede girar
horizontalmente mediante la rotación del círculo de giro, e inclinarse lateralmente con relación a su
eje vertical, también puede inclinarse con relación a su eje horizontal, además puede desplazarse
vertical y lateralmente, lo cual le permite cortar, mezclar, nivelar y botar a un costado el material de
exceso.
Las motoniveladoras tienen amplia maniobrabilidad y radio corto de viraje, debido a su bastidor
articulado y a las ruedas delanteras de viraje cerrado. Sus ruedas delanteras tienen inclinación lateral
con respecto a sus propios ejes, lo que les permite adaptarse fácilmente a los desniveles del terreno y
soportar empujes laterales cuando trabaja con la cuchilla inclinada.
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Están dotadas de un escarificador frontal que opcionalmente se acomoda en la parte delantera o
trasera del equipo. Este aditamento se utiliza para aflojar el suelo cuando el material a ser cortado
se presenta muy duro. El escarificador normalmente está compuesto de 11 dientes removibles que
pueden ser ajustados hasta una profundidad de 30 cm. Si el suelo fuera demasiado duro, se puede
reducir el número de dientes.
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Escarificador montado en la parte delantera
Escarificador montado en la parte trasera
Estas dimensiones varían según la marca y el modelo.
La potencia de su motor varía de 115 a 500 HP, con la que son capaces de alcanzar velocidades de
hasta 45 Km/hora, cuando se desplazan de un lugar a otro sobre caminos bien conformados.
Las motoniveladoras tienen uno o dos ejes de tracción, pudiendo ser de eje trasero sencillo o de eje
trasero en tándem. Las de eje simple se denominan moto conformadoras y se utilizan para el
mantenimiento de carreteras pavimentadas. Las de mayor uso son las de eje trasero en tándem, con
su eje delantero articulado al brazo del bastidor, esta disposición ofrece mayores ventajas que le
permiten nivelar con mayor precisión, gracias a que el eje tándem absorbe las oscilaciones de la
máquina producidas por los desniveles del terreno.
Por ser una máquina de comandos sensibles, usada en operaciones de acabado, su rendimiento
operacional depende en gran manera de la buena organización de su trabajo y de la habilidad del
operador.
Las motoniveladoras son máquinas especialmente construidas para efectuar trabajos de mezclado,
conformación, nivelación y afinado, entre los cuales se pueden citar los siguientes:
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Conformación y nivelación de Plataformas y de terraplenes
Mezclado, revoltura y extendido de materiales
Extendido de ripio y de mezclas asfálticas
Perfilado y afinado del movimiento de tierras
Apertura y limpieza de cunetas de drenaje superficial
Remoción y desbroce de vegetación
Conformación y mantenimiento de taludes de corte
Regularización de capas que serán compactadas en los terraplenes
Mantenimiento de caminos en general
2.7.1.2. PRODUCTIV1DAD DE LAS MOTONIVELADORAS
La productividad de las motoniveladoras depende de las dimensiones de su hoja de corte, del tipo
de suelo, de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia de trabajo, del número de
pasadas necesario para ejecutar el trabajo, del espesor o profundidad de la capa, de la habilidad
del operador, etc.
hra.
m
TN
)L(Ld60Q
2
oeAT
hra.
m
TN
)L(Led60Q
3oe
T
Dónde:
QAT = Productividad teórica en área [m2/hra]
QT = Productividad teórica en volumen [m3/hra]
d = distancia de trabajo recorrida por el equipo [metros]
e = espesor de la capa, definida en función de la especificación que rige la obra [metros]
Le = ancho útil en cada pasada, (depende del ángulo elegido para la hoja de corte)[m]
Lo = ancho de traslape [m]
N = número de pasadas necesarias para ejecutar el trabajo
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo para a ejecutar una pasada [minutos]
LONGITUD EFECTIVA DE LA HOJA (Le)
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Varía de acuerdo al ángulo de trabajo de la hoja de corte, su valor depende del tipo de trabajo, de
las características del material, del tamaño de la máquina, etc., en general se eligen ángulos en el
rango de 15 a 35 grados. En condiciones promedio β = 25 grados
Para un ángulo de 25º
L = Longitud de hoja
Le = Longitud efectiva de hoja
15º a 50º
ANCHO DE TRASLAPE
Representa el ancho de la faja que la máquina repasa entre la pasada anterior y la siguiente, en
condiciones normales se puede adoptar un valor promedio de 30 cm.
ESPESOR DE LA CAPA
En la construcción de terraplenes, se refiere al espesor de la capa de relleno, el cual puede ser
medido antes o después de la compactación, según el caso será espesor suelto [es], o espesor
compactado [ec]. En los trabajos de nivelación, escarificado, perfilado, reparación de caminos,
limpieza de maleza, conformación de subrasantes y reparación de caminos, la productividad de la
moto niveladora se calculará en superficie [m2/hra].
βCosLLe
L0.905cos LLo
e 2
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NUMERO DE PASADAS
Depende del tipo de trabajo que ejecutará la motoniveladora, de las características del material,
del ancho de la hoja y del espesor de la capa. En condiciones promedio se pueden utilizar los
valores referenciales de la Tabla 22.
VELOCIDAD DE TRABAJO
La velocidad es el factor más difícil de evaluar, porque en gran medida depende de la habilidad
del operador y del tipo de suelo donde se ejecuta el trabajo, además la velocidad depende de la
potencia del motor de la máquina, del espesor de la capa y del tipo de trabajo. Para condiciones
normales se puede utilizar, como referencia, los valores siguientes
Tabla 22. VELOCIDADES DE TRABAJO Y NÚMERO DE PASADAS
Tipo de Trabajo Velocidades [metros/hora] Numero de
Pasadas Avance Retroceso
Nivelación 3600 – 5400 5000 - 5400 5 – 7
Escarificado 3200 – 3800 5000 - 5400 2 – 4
Perfilado 3600 – 5400 5000 - 5400 3 – 5
Limpieza de maleza 2600 – 3200 5000 - 5400 3 – 5
Conformación de subrasantes 3200 – 3800 5000 - 5400 4 – 6
Mezcla de materiales y
conformación de capas de relleno 3200 – 3800 5000 - 5400 8 – 12
Excavación de zanjas
2000 - 3000 5000 - 5400 2 – 4
Reparación de caminos 2600 – 3100 5000 - 5400 5 - 7
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO
El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones
de corte, revoltura, nivelación y/o escarificado, y en las maniobras de viraje. La duración del
ciclo depende de la longitud del tramo de trabajo [d] en metros y de la velocidad que la máquina
puede imprimir en las diferentes operaciones:
f
ra
tV
d
V
dT
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Dónde:
d = distancia de trabajo [m]
va = velocidad de avance [m/min]
vr = velocidad de retroceso [m/min]
tf = tiempo fijo [tf = 0 a 1 minuto]
2.7.1.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LAS
MOTONIVELADORAS
Para corregir la producción teórica de las motoniveladoras se deben considerar los factores: de
hoja, de pendiente del terreno y el factor de eficiencia del trabajo, cuyos valores son iguales a los
utilizados para los tractores de orugas. El factor de altura influye incrementando el ciclo de
trabajo en la misma proporción a la disminución de potencia ocasionada por la elevación sobre el
nivel del mar:
hra.
m
h)T(1N
pEF)L(Led60Q
3hoe
donde:
Q = Productividad de la Motoniveladora [M3/hra]
Fh = Factor de hoja
p = Factor de pendiente
E = Factor de eficiencia de trabajo
Le = ancho útil en cada pasada, (depende del ángulo de trabajo elegido) [m]
Lo = ancho de traslape [m]
N = número de pasadas necesarias para ejecutar el trabajo
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo para a ejecutar una pasada [minutos]
d = distancia de trabajo [m]
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2.7.2. EQUIPO DE COMPACTACION
2.7.2.1. CONCEPTOS BASICOS
Que es compactar?
Es la operación mecánica que se ejecuta para elevar la densidad del suelo, su peso por unidad de
volumen, con el fin de aumentar su resistencia. Todo relleno para obras viales, hidráulicas o de
fundación de estructuras debe ser construido mediante capas de suelo, las que deben ser
sometidas a un proceso de compactación hasta conseguir la densidad requerida por las
especificaciones de la obra.
Para conseguir una buena compactación, se deben controlar tres factores importantes:
Granulometría del material
Contenido de agua del material
Esfuerzo de compactación
Granulometría del Material
Representa la distribución de las partículas en porcentajes de acuerdo a su tamaño. Un suelo tiene
buena granulometría si el tamaño de las partículas es variado y su distribución uniforme. Si la
mayor parte tiene igual tamaño, su granulometría es inadecuada, por lo cual es difícil
compactarlo. Mientras mayor sea la diversidad de tamaños, los vacíos existentes entre las
partículas grandes se llenarán fácilmente con las partículas de menor tamaño, dando como
resultado una mayor densidad.
Inadecuado Bueno
Contenido de Agua o grado de humedad del suelo
Para cada tipo de suelo y un determinado esfuerzo de compactación, se tiene un contenido óptimo
de humedad, expresado en porcentaje de peso del suelo seco, esta humedad permitirá obtener la
densidad máxima.
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Es muy difícil o tal vez imposible conseguir una compactación adecuada, sí los materiales están
muy secos o muy húmedos, a cada tipo de suelo le corresponde un cierto contenido de agua, el
cual se denomina "humedad Optima".
La humedad óptima se determina en laboratorio, mediante la obtención de densidades de núcleos
preparados con diferentes contenidos de humedad, hasta obtener la densidad máxima. Este
ensayo denominado de Compactación o Proctor relaciona la densidad con el contenido de
humedad.
El grado de compactación especificado es, en general, más alto para las capas superiores del
terraplén que para las capas inferiores. Un requerimiento de compactación de 95% significa que
el material compactado debe tener una densidad igual o mayor al 95% de la densidad máxima
obtenida en laboratorio.
Esta densidad se obtiene haciendo que la humedad de trabajo sea aproximadamente igual a la
humedad óptima de laboratorio, además de elegir el equipo de compactación adecuado
Esfuerzo de Compactación
Es la energía mecánica que se aplica al suelo, utilizando una máquina, con el objeto de apisonarlo
para aumentar su densidad. El proceso de compactación se realiza utilizando uno de los
siguientes métodos:
Por peso estático o compresión
Por acción de amasado o manipulación
Por percusión o impacto (golpes fuertes)
Por vibración o sacudimiento
Por peso estático o compresión:
Consiste en aplicar un peso sobre la superficie del suelo, el cual produce la ruptura de las
esfuerzos internos que unen las partículas entre si, produciendo su reacomodo en nuevos enlaces
más estables. Este principio se aplica en las apisonadoras o rodillos lisos que no producen
vibración, por lo cual su peso propio aplicado sobre el material se traduce en compresión, la cual
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se transmite hacia el interior distribuyéndose en forma de bulbo, cuyo valor disminuye con la
profundidad en forma exponencial. La compactación estática se aplica únicamente en capas de
espesor reducido.
Por acción de amasado o manipulación:
Esta acción produce tensiones tangenciales que redistribuyen las partículas del suelo, con el fin
de aumentar su densidad. Las maquinas que mejor aprovechan esta fuerza de compactación son
los rodillos pata de cabra o de pisones, y los compactadores de neumáticos de ruedas alternadas.
Por percusión o impacto (compactación dinámica)
Utiliza una fuerza de impacto aplicada sobre la superficie del terreno. Depende del peso de la
máquina y de la altura de caída del pisón. Pueden ser de baja energía como los compactadores de
mano (ranas), que transmiten al suelo hasta 600 golpes por minuto; o de alta energía como los
rodillos vibratorios que producen 1.400 a 3.500 golpes por minuto.
Por vibración:
Es la forma de compactación más utilizada en la actualidad. La vibración se consigue utilizando
una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, la cual ocasiona una fuerza centrifuga que
se suma o se resta al peso de la máquina para producir una presión sobre el suelo, la cual depende
de varios factores como el peso de los contrapesos, de las distancias al centro de rotación y al
centro de gravedad, y de la velocidad de rotación.
En resumen la compactación por peso estático se obtiene utilizando apisonadoras estáticas de
rodillo liso. La acción de amasado producen los rodillos pata de cabra o los compactadores
neumáticos con ruedas oscilantes. El esfuerzo de vibración se consigue usando vibro
compactadores de rodillo liso o pata de cabra. La compactación por percusión se utiliza
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generalmente en pequeñas obras, como ser instalación de tuberías de agua, alcantarillado,
electricidad, etc.
2.7.2.2 MAQUINARIA DE COMPACTACIÓN
Entre los compactadores que se usan con mayor frecuencia en los trabajos de compactación de
plataformas y terraplenes en carreteras, aeropuertos, vías urbanas, presas de tierra, etc., se puede
citar los siguientes:
Compactadores con rodillo pata de cabra
Compactadores con rodillo liso vibratorio
Compactadores de ruedas neumáticas
Compactadores combinados
Apisonadores estáticos
COMPACTADORES PATA DE CABRA
Están formados por rodillos cilíndricos huecos, en cuya superficie van montados pisones de
sección prismática que se asemejan en su forma a las patas de cabra, con un alto de 20 a 25
centímetros. Estos rodillos están montados en un bastidor, que se acopla a un tractor para su
remolque, los mismos se fabrican en pares, en tandem o simples. La energía de compactación se
obtiene por la presión de contacto de una hilera de pisones, sobre la cual se distribuye el peso
total de la máquina.
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Estos rodillos pueden ser remolcados o autopropulsados, ambos pueden ser apisonadores o
vibratorios. El número de rodillos depende de la potencia del tractor de remolque. Para aumentar
su peso estos rodillos, que son huecos, son lastrados con arena u otro material,.
Se usan preferentemente en la compactación de suelos cohesivos, formados por partículas finas.
El espesor de la capa compactada debe ser igual a la altura de los pisones, para obtener una
compactación óptima.
COMPACTADORES DE RODILLOS VIBRATORIOS
Son rodillos vibratorios que se utilizan especialmente en conglomerados granulares, en cantos
rodados y en mezclas asfálticas. De acuerdo al tipo de material se debe graduar la amplitud y
frecuencia de vibración. Pueden ser remolcados o autopropulsados:
Rodillos vibratorios remolcados: Se usan preferentemente en lugares donde los autopropulsados
tienen dificultades de tracción.
Rodillos vibratorios autopropulsados: Se fabrican en diversidad de tamaños y modelos, con uno o
dos rodillos, con pesos que varían de 1 a 18 Ton; anchos de rodillo de 1 a 2,20 -metros;
frecuencias de vibración de 1800 a 3600 r.p.m., amplitudes de vibración de 0,3 a 2 mm; y
velocidades de trabajo de 2 a 13 km/hra. Una misma máquina trabajando a baja velocidad
compactará una capa de mayor espesor, aumentando la velocidad disminuirá su capacidad de
compactación, debido a que disminuye su alcance en profundidad.
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COMPACTADORES PATA DE CABRA DE ALTA VELOCIDAD
Los compactadores Pata de Cabra de alta velocidad, están formados por cuatro ruedas o tambores
de acero, provistos de patas o pisones, tienen propulsión propia a través de un motor diesel de
170 a 300 HP de potencia, tienen anchos de compactación que varían de 3 a 3,80 metros;
desarrollan velocidades entre 5 y 35 km/hora. Además están equipados con una hoja topadora de
control hidráulico que se utiliza para el esparcimiento del material y para uniformar el terreno; los
más conocidos son los construidos por las fábricas CATERPILLAR, KOMATSU, BOMAG Y
DYNAPAC.
COMPACTADORES NEUMÁTICOS
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El mayor uso de estos equipos se realiza en la construcción de carpetas asfálticas, capas base y
sub base, capas estabilizadas, etc., donde su efecto resulta superior al de otro tipo de
compactador, ya que puede conseguir un perfecto cierre de poros y superficies uniformes libres
de defectos. Son unidades de marcha rápida que disponen de un número impar de llantas que
puede ser 7, 9 ú 11 montadas en dos ejes, por ejemplo sin son de siete, 3 están en el eje delantero
y 4 en el eje trasero. Las llantas están colocadas de tal manera que las traseras cubren los espacios
no compactados por las delanteras. Tienen pesos que varían de 6 a 24 toneladas, o más.
El tipo de compactación que utilizan es el apisonamiento estático, sus ruedas pueden tener
suspensión oscilante. Para aumentar su peso se utilizan lastres colocados sobre su bastidor
rectangular, este incremento de peso tiene la desventaja de aumentar la resistencia a la rodadura,
disminuyendo la velocidad de trabajo.
La compactación que se consigue con este tipo de compactador depende de la presión de contacto
de los neumáticos, la que a su vez depende de la presión de inflado; por esta razón los
compactadores con neumáticos de alta presión serán los más eficientes.
COMPACTADORES COMBINADOS
Están formados por un rodillo vibratorio liso montado en su eje delantero, y de un eje trasero
provisto de ruedas neumáticas (4 a 5), para mejorar las condiciones de compactación y obtener
una mayor uniformidad de la superficie terminada. Se fabrican en una amplia variedad de pesos y
modelos.
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APISONADORES ESTÁTICOS
Son máquinas compactadoras que comprimen el material por efecto de su elevado peso. El efecto
de compactación es mucho menos profundo que el de los rodillos vibratorios. Se utilizan
principalmente para el acabado de capas granulares, para el mantenimiento de canchas de tenis, y
excepcionalmente en la compactación de carpetas asfálticas. Se fabrican con pesos de 2 a 30
toneladas, de dos o tres ejes, cada eje lleva un rodillo de acero liso.
2.7.2.3 SELECCIÓN DEL EQUIPO DE COMPACTACIÓN
La elección del equipo de compactación se debe efectuar considerando la diversidad de los suelos
y la variedad de modelos disponibles. Para este fin es conveniente agrupar los suelos en dos
grupos: cohesivos y granulares
Suelos Cohesivos: Tienen un mayor porcentaje de partículas finas y muy finas (materiales
arcillosos), las fuerzas internas de cohesión tienen un papel preponderante.
Suelos Granulares: Formado por partículas de mayor tamaño, en las cuales no existe cohesión,
en cambio presentan fuerzas de rozamiento interno.
Para los suelos cohesivos la acción de amasado es la única capaz de producir esfuerzos internos
para vencer la resistencia producida por las fuerzas de cohesión, por lo cual los más
recomendados son los equipos tipo pata de cabra o combinados.
Para los suelos granulares o arenosos la acción más adecuado es la vibración, que anula las
fuerzas de rozamiento para conseguir el acomodo de las partículas, reduciendo la cantidad de
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vacíos y aumentado la densidad del suelo. El mayor rendimiento se consigue cuando la vibración
producida por el rodillo entra en resonancia con la oscilación del material que se está
compactando, a una frecuencia que depende del tipo de suelo y de las características del rodillo.
En la mayoría de los suelos se encuentran materiales cohesivos y granulares en diferentes
proporciones, para los cuales no es suficiente un solo tipo de esfuerzo de compactación. Para este
caso, los fabricantes ofrecen modelos que se adaptan a todo tipo de suelos, mediante la
combinación de diferentes esfuerzos de compactación, por ejemplo los vibrocompactadores con
rodillo pata de cabra, que combinan la vibración y el amasado, consiguen una rápida
compactación de mezclas de suelos que específicamente no son cohesivos ni granulares.
Los rodillos neumáticos de gran diámetro y anchura, con alta presión interna, pueden compactar
una variedad de suelos, de igual manera los compactadores neumáticos de ruedas oscilantes
tienen su campo de aplicación en suelos constituidos por mezclas de arcilla, limo y arena.
En general es necesario considerar los siguientes aspectos:
o El peso estático tiende a dar mayor compactación cerca de la superficie.
o La vibración profundiza la compactación en los materiales granulares.
o Una leve acción de amasado aumenta la densidad.
o La presión de inflado y la superficie de contacto de los neumáticos son los factores que
determinan la capacidad compactadora de los compactadores de neumáticos.
o La vibración aumenta la eficacia a medida que disminuye la cohesión y aumenta el
carácter granular del material, alcanzando su valor máximo en las arenas y su mínimo en
las arcillas.
o De las consideraciones anteriores se deduce que la compactación requerida se obtiene con
mayor facilidad con la adecuada combinación de carga por rueda, presión de contacto y
acción de amasado y/o vibración.
Finalmente para evitar errores en la organización de trabajos de compactación, por la variedad de
factores que intervienen en ella, los cuales serán diferentes para cada obra, es necesario efectuar
pruebas de compactación al inicio de cada obra, para elegir el equipo, el espesor de la capa de
relleno, el número de pasadas, la velocidad de trabajo, la humedad del material, etc..
2.7.2.4. SECUENCIA DE LA CONSTRUCCIÓN DE TERRAPLENES
Para construir un terraplén, inicialmente se eligen los materiales que serán utilizados de acuerdo a las
especificaciones de la obra, con los cuales se realizan ensayos de laboratorio para determinar la
densidad máxima y la humedad óptima. Posteriormente se cumplen los siguientes pasos:
a. Transporte y desparramado del material, utilizando cargadores frontales y volquetas o
mototraíllas, hasta obtener el espesor de capa deseado.
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b. Humedecimiento del material utilizando camiones aguateros, si su humedad natural es
menor a la óptima. En cambio si la humedad natural es superior a la óptima será necesario
disminuir la misma, por aireación del material, hasta conseguir un valor próximo al de la
humedad óptima.
c. Mezclado por revoltura del material, para conformar una capa homogénea y de espesor
uniforme, utilizando motoniveladoras.
d. Compactación de la capa de relleno utilizando el equipo adecuado, la máquina realizará el
número de pasadas necesario para alcanzar la densidad especificada.
e. Control de compactación, mediante la determinación de la densidad en sitio, la cual es
comparada con la densidad máxima de laboratorio, de acuerdo al porcentaje establecido
por las especificaciones del proyecto. Si la densidad es inferior a la especificada se deberá
repetir el proceso de compactación.
2.7.2.5. PRODUCTIVIDAD DEL EQUIPO DE COMPACTACIÓN
La productividad del equipo de compactación depende del ancho efectivo de los rodillos, del tipo
de suelo, de la velocidad de trabajo de la máquina, del número de pasadas necesario para obtener
la densidad especificada, del espesor de la capa, etc.
hora
m
N
VeW 3*
Q
Donde:
Q = Producción por hora (en volumen suelto o compactado [m3/hora]
V = Velocidad de operación (m/hora)
W = Ancho efectivo de compactación (m.)
e = Espesor de la capa de compactación (m)
N = Número de pasadas de] compactador por capa
Velocidad de Trabajo
En condiciones normales se sugiere adoptar los valores referenciales siguientes:
Compactador Neumático 2,0 a 4,0 km/hora
Rodillo Vibratorio (liso o pata de cabra) 2,0 a 3,0 km/hora
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Ancho Efectivo de Compactación
Es el ancho del rodillo menos el ancho de traslape "Lo". El traslape tiene un valor estimado que
varía de 0,20 a 0,30 metro
Número de Pasadas (N)
Es el número de pasadas que el compactador debe efectuar para conseguir la densidad requerida,
se determina sobre la base de los resultados de las pruebas de compactación. Si no se dispone de
esta información, se pueden asumir los siguientes valores:
Compactador Neumático 8 a 10 pasadas
Rodillo Vibratorio (Liso o pata de cabra) 10 a 12 pasadas
Espesor Compactado por Capa
El espesor de compactación se determina de acuerdo a las especificaciones que rigen en la obra, o
de acuerdo a los resultados de las pruebas. En general este espesor varía de 0,10 a 0,50 metro
considerando volumen suelto.
2.7.2.6. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE COMPACTADORES
Se considera únicamente los factores de altura y de eficiencia del trabajo, asumiendo un operador
de habilidad [О = l] y un tiempo efectivo de trabajo de 50 minutos por cada hora transcurrida, se
obtiene un factor de eficiencia del trabajo E = 0,83. La influencia de la altura determinará el
incremento del número de pasadas:
PRODUCTIVIDAD REAL DE LOS COMPACTADORES
hora
m
hN
eEVW 3
)1(
Q
Donde:
Q = Productividad real
W = Ancho efectivo de compactación
V = Velocidad de trabajo (metros/hra)
N = Número de pasadas
e = Espesor de la capa de relleno
E = Factor de eficiencia de trabajo
El tipo de volumen dependerá de las condiciones en que se mide el espesor de la capa de
compactación, por ejemplo, si el espesor es de la capa suelta, la producción estará dada en m3
sueltos; si el espesor es de la capa compactada, la producción será en volumen compactado.
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2.8. EQUIPO PARA LA CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
2.8.1 PLANTAS DE ASFALTO
2.8.1.1. DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
Las plantas asfálticas, son instalaciones complejas, que se utilizan para la mezcla de los
materiales que forman el concreto asfáltico (cemento asfáltico y agregados) hasta obtener un
material homogéneo, que después de ser compactado, tendrá la resistencia suficiente para
soportar las cargas del tráfico.
Estas instalaciones responden a la demanda de producción de grandes volúmenes de mezclas
asfálticas, para la construcción de pavimentos urbanos y viales, cumpliendo las exigencias de las
especificaciones técnicas que rigen estas obras.
PARTES DE UNA PLANTA DE ASFALTO
Alimentador de agregados en frío, compuesto por tolvas, donde están almacenados los distintos
tipos de áridos que se precisan para preparar mezclas asfálticas.
Secador de áridos, encargado de eliminar la humedad y elevar la temperatura de los agregados,
hasta obtener la temperatura especificada, antes de que ingresen al mezclador.
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Grupo de clasificación y dosaje, compuesto
por una criba vibrante de tres a cuatro bandejas,
una tolva y una báscula acumulativa, encargada
de regular la alimentación de agregados desde
los buzones.
Mezclador, formado por una hormigonera
asfáltica encargada de producir un concreto
homogéneo, mediante la combinación de
agregados, filler y cemento asfáltico. Al terminar la mezcla, el material pasara a un depósito
donde se acumula la producción, para ser vaciada al equipo de acarreo que transportará a la obra
para su distribución y compactación inmediata. Este sistema debe evitar demoras para garantizar
la producción continua del mezclador.
Dispositivos para depuración de gases y
recuperación de filler, tienen por objeto disminuir la
contaminación atmosférica y recuperar el filler
contenido en el polvo que arrastran los gases
producidos por el asfalto caliente. El dispositivo más
utilizado está formado por una batería de ciclones que
puede recuperar de un 90 a un 96 % del total de polvo
arrastrado.
Tanque para la alimentación y calentamiento del
cemento asfáltico, su utiliza para el suministro del
betún asfáltico. La dosificación de este material puede
efectuarse en peso y en volumen; en el primer caso será necesaria una báscula especial, cuya
exactitud será independiente de la temperatura del asfalto. El control por volumen, mediante una
bomba de asfalto, puede alcanzar idéntica exactitud, si se garantiza una densidad constante del
asfalto.
Sistema calefactor, constituido por quemadores de fuel-oil, o de serpentines de aceite caliente.
Su acción alcanza al elemento secador, a los circuitos del ligante, a los dosificadores y a la tolva
acumulativa. Su función principal es calentar los agregados hasta la temperatura especificada y
mantener una temperatura constante en todos los elementos de almacenamiento y preparación de
la mezcla.
2.8.1.2. TIPOS DE PLANTAS ASFALTICAS
De acuerdo a la forma de suministro de los agregados y el tipo de mezclador, las plantas de
asfalto pueden ser de producción continua o discontinua.
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INSTALACIONES MEZCLADORAS CONTINUAS
El mezclador se alimenta desde un extremo con un flujo de agregado caliente en proporciones
convenientes. Los materiales a medida que se mezclan se desplazan hacia el extremo de descarga
del mezclador. Al llegar a la salida los agregados y el asfalto ya están mezclados formando el
concreto asfáltico.
Las compuertas de ingreso al mezclador, son regulables y cada una está calibrada para dejar
pasar la cantidad necesaria de material, de acuerdo a la velocidad de mezclado.
Se considera que el material depositado en cada ciclo del mecanismo de transmisión del
alimentador, o en un intervalo de tiempo elegido, es una unidad; y las proporciones de cada
componente se calculan exactamente como en una planta discontinua.
Suministro de asfalto: Las plantas mezcladoras continuas están equipadas con bombas de
asfalto de desplazamiento positivo de dos tipos. La primera es una bomba de volumen fijo que se
regula cambiando los engranajes de mando o ajustando la cavidad interna, se conecta
automáticamente a los alimentadores de agregados. La otra es una bomba de volumen regulable,
controlada por un volante de regulación.
Mezclador: La función de un mezclador de paletas del tipo continuo es similar al de una
instalación discontinua. La diferencia es que en lugar de mezclar por bachadas, los materiales son
mezclados en forma continua a medida que van siendo impulsados al compartimiento de
descarga.
INSTALACIONES MEZCLADORAS DISCONTINUAS
Suelen utilizarse en la producción de concretos asfálticos de gran calidad. La diferencia esencial
entre ambos tipos, reside en la forma de amasado, por lo que exteriormente, la instalación no
ofrece otra característica singular, como no sea la derivada del modelo o marca.
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En este tipo de planta el agregado
caliente es extraído de su depósito
en cantidades predeterminadas para
una bachada, en el mezclador se
incorpora la cantidad correcta de
agregados y de asfalto y se realiza
el mezclado. El concreto asfáltico
preparado se vuelca en un volquete
para su traslado a obra.
Las partes más importantes de esta planta son: balanza tolva para agregados, cubeta y medidor de
asfalto y silo de almacenamiento de mezcla.
Balanza tolva para agregados: El vertido de los agregados de los depósitos de calentamiento a
la tolva de pesaje debe comenzar por los de mayor tamaño, disminuyendo progresivamente hasta
el tamaño más fino, añadiendo el filler mineral en último lugar. La cantidad que debe aportar
cada tolva es determinada por el volumen de la bachada y la proporción en la que participa cada
tipo de agregado. La tolva de pesado se cuelga de una báscula de balacin y se pesan
acumulativamente los agregados.
En las tolvas en caliente debe haber siempre material suficiente para completar una amasada
antes de que empiece la descarga. Si una tolva se está vaciando o está demasiado llena, es posible
que se deba ajustar la alimentación en frío.
Cubeta y medidor de asfalto: El asfalto puede pesarse en un recipiente especial o puede medirse
con un medidor para cada bachada. Cuando se pesa para cada mezcla, se bombea el asfalto a una
cubeta de tara conocida y se pesa en una báscula.
Si se usan dispositivos medidores, la medición es por volumen. Pero como éste cambia con la
temperatura, algunos medidores tienen dispositivos compensadores que corrigen el flujo de
asfalto de acuerdo a la temperatura.
Se debe pesar el volumen de asfalto bombeado entre dos lecturas del medidor, para poder calibrar
el pesaje.
Mezclador: En las plantas asfálticas modernas se emplean mezcladoras de paletas de ejes
gemelos. En las plantas discontinuas esta unidad se monta directamente debajo de la caja de
pesado y de la cubeta de asfalto, pero lo suficientemente alto para descargar la mezcla a la unidad
de transporte.
Silo de almacenamiento de mezcla: Este silo se usa para almacenar temporalmente la
producción de mezcla caliente antes de que se la transporte. Es una estructura cilíndrica cuyo
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extremo inferior tiene forma de cono. La mezcla caliente entra al silo por su parte superior y la
descarga a los camiones se realiza desde su base.
MEZCLADO
Al depositar los agregados calientes en la tolva de pesada, se produce un mezclado en seco. El
tiempo de mezclado húmedo comienza cuando aparece el flujo de asfalto desde la cubierta o el
medidor.
La película de asfalto depositada sobre los agregados se endurece por efecto del calor y la
exposición al aire, por este motivo el tiempo de mezclado debe ser el más corto posible,
compatible con una distribución uniforme de los tamaños de los áridos y un revestimiento
uniforme de sus partículas con el asfalto. La velocidad de los ejes del mezclador, la disposición y
el ángulo de las paletas son factores que influyen en el rendimiento del mezclador.
Después de completar el tiempo de mezclado, se abre el fondo del mezclador descargándose su
contenido en el silo de almacenamiento o directamente en el camión.
INSTALACIONES AUTOMATICAS
Las instalaciones modernas pueden ser: Semiautomáticas ó Automáticas
En las plantas semiautomáticas todas las operaciones, desde la descarga de agregados de la caja
de pesaje, hasta la descarga del concreto del mezclador, tienen un ciclo automático de control.
Este incluye la operación de la compuerta de descarga de la tolva de pesaje, del mezclador en
seco, del recipiente de pesaje de asfalto, del mezclado húmedo y de la operación de la compuerta
de descarga del mezclador. Por medio de una consola de control se asegura que todas las
funciones tengan la secuencia adecuada.
Las plantas automáticas tienen controladores computarizados que fiscalizan automáticamente
todas las funciones de la planta asfáltica y mantienen un registro y un inventario continuo de
materiales y producción. Los sistemas modernos computarizados también incluyen un control
automático del quemador y mando a distancia para la alimentación en frío. Este sistema permite
que un operador competente pueda controlar a distancia toda la operación de la planta.
Por otra parte, las plantas de asfalto pueden ser móviles (de menor tamaño) o fijas (de gran
tamaño).
2.8.1.3. RENDIMIENTO DE UNA PLANTA ASFALTICA
El mercado ofrece una amplia gama de modelos con una capacidad de producción comprendida
entre 10 y 450 ton/hra. Como es natural, la relación costo de operación – producción favorece a
las grandes plantas, cuyo funcionamiento exige casi el mismo personal que las instalaciones de
pequeñas, por lo cual la inversión por unidad de producción es mucho menor.
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La elección de la capacidad de una planta dependerá de la magnitud de las obras y de la oferta de
trabajo prevista durante su vida útil.
2.8.1.4. PRODUCTIVIDAD DE LAS PLANTAS DE ASFALTO
La productividad de las plantas de concreto asfáltico está definida por la capacidad teórica de la
planta en Tn/hora establecida por el fabricante, la cual debe ser convertida a m3/hora y corregida
por un factor de eficiencia (E). El factor de conversión es igual a la densidad del concreto
asfáltico compactado fc = δC.A.(c)
hra.
mECQ
3)(c
CA
Q = productividad de la planta de asfalto en (m3(c)/hra)
C = capacidad nominal de la planta en (Ton/ hora)
fc = factor de conversión [fc = δC.A.©] (Ton/ M
3)
E = factor de eficiencia (E = 0,65 a 0,85)
Para elegir el factor de eficiencia (E) se debe considerar el estado de funcionamiento y de
conservación de la planta y la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentra la obra.
Para obtener la productividad determinada con la fórmula anterior, el equipo complementario de
carga que provee de material pétreo desde los acopios a los buzones de la máquina, y las
unidades de transporte que se encargan de trasladar la mezcla asfáltica de la planta a la obra,
deben tener una capacidad de producción igual o mayor al de la planta de asfalto.
2.8.2. PAVIMENTADORAS
De un modo genérico, se designa con el nombre de pavimentadoras o terminadoras de concreto
asfáltico, a aquellas máquinas proyectadas especialmente para extender el concreto asfáltico en
capas de espesor uniforme, cuya superficie debe quedar homogénea y de contextura uniforme, de
manera que necesite un mínimo de labores complementarias de acabado.
Estas máquinas están provistas en su parte delantera, de una tolva, cuya capacidad es variable
según los modelos, en un rango de 6 a 10 ton. La tolva es alimentada por un camión de caja
basculante, que precede la marcha de esta máquina. El material es descargado automáticamente
sobre la capa base, el flujo de alimentación es proporcional a la velocidad de pavimentación,
regulada por un sistema de control automático.
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El material descargado por el volquete es repartido inmediatamente sobre la base por la acción de
un tornillo sin fin provisto de paletas esparcidoras, que está situado detrás de las bocas de salida.
Posteriormente el concreto asfáltico es nivelado por una barra enrrazadora, que determina el
espesor de la capa, la cual es compactada por un apisonador hidráulico, o vibratorio. Por último,
las maestras autonivelantes se encargaran de conformar el nivel y el acabado superficial de la
carpeta asfáltica.
Las terminadoras de asfalto se fabrican con anchos de pavimentación de 2 a 8 metros, con el
acoplamiento de extensores pueden alcanzar anchos de trabajo mayores. Su capacidad de
producción depende del espesor de la carpeta, de la velocidad de trabajo y del ancho de la faja de
pavimentación.
Las terminadoras pueden estar montadas sobre trenes de rodaje (orugas) o sobre ruedas
neumáticas. Antes de realizar su compra, es necesario considerar el tipo de rodado que tendrá la
máquina, para lo cual se deben analizar las ventajas de las tres opciones que ofrecen los
fabricantes: neumáticos, orugas de acero y orugas de goma.
Terminadora sobre neumáticos:
Equipo más económico que el de orugas
Menores costos de Mantenimiento y de Operación
Mayor velocidad para el traslado (21 km/h)
Terminadora sobre Orugas de acero:
Mayor flotación y mejor tracción
Velocidad 6 a 8 km/h
Mayor estabilidad y menor radio de giro
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Terminadora sobre Orugas de goma:
Mayor flotación y mejor tracción
Mayor velocidad que las de acero, 14,5 a 16 km/h
Mayor estabilidad y menor radio de giro
Costos menores de operación y de mantenimiento
En general para trabajos de mantenimiento, donde la máquina tiene que trasladarse de un lugar a
otro para realizar trabajos de bacheo, es más conveniente una terminadora sobre neumáticos.
Para lugares estrechos, en dónde se necesita un buen radio de giro, o para asfaltar en terrenos
montañosos o escarpados, siempre será más conveniente un equipo sobre Orugas.
El desarrollo de las nuevas orugas de goma, permite aprovechar los beneficios que ofrecen las
orugas de acero y los neumáticos, por lo cual la flexibilidad de esta opción hace posible que la
maquina ejecute trabajos en vías urbanas o en rutas montañosas.
2.8.2.1. PRODUCTIVIDAD DE LAS PAVIMENTADORAS DE ASFALTO
La productividad de las pavimentadoras de concreto asfáltico depende de las dimensiones de la
máquina, del espesor de la carpeta, de la distancia y velocidad de trabajo, de las condiciones de la
obra, etc..
hra.
m
h)1T
ELed60Q
3
e
Donde:
Q = Productividad de la pavimentadora en [M3/hra]
d = distancia de trabajo recorrida por el equipo [metros]
e = espesor de la carpeta [metros]
Le = ancho útil [metros]
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo [minutos]
V = velocidad promedio de trabajo [m/min]
E = factor de eficiencia del trabajo h = factor de corrección por altura s.n.m.
VELOCIDAD DE TRABAJO
Para obtener los valores de velocidad, se debe recurrir a la información de los fabricantes. En
condiciones normales de pavimentación, para espesores de carpeta de 2,5 a 12,5 centímetros, los
valores referenciales de las velocidades promedio de trabajo se encuentran en el rango de 60 a
500 metros/hora.
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DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO
El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones
de pavimentación y en las maniobras de carga del concreto asfáltico. La duración del ciclo
depende de la longitud del tramo de trabajo (d) en metros, de la velocidad promedio de trabajo y
del tiempo fijo, que representa el tiempo que tarda el volquete en acoplarse a la pavimentadora:
ftv
dT
Donde: d = distancia de trabajo [m]
v = velocidad de trabajo [m/min]
tf = tiempo fijo [tf = 1 a 1,5 minuto]
2.8.3. CAMIONES IMPRIMADORES O DISTRIBUIDORES DE ASFALTO
Es un equipo que realiza el riego de asfalto caliente sobre la capa base, antes de colocar la carpeta
asfáltica, con el fin de mejorar su adherencia, este trabajo se denomina imprimación; también se
utiliza en la aplicación de tratamientos superficiales, en los riegos de liga, etc.
Está formado por un chasis de camión sobre el que se ha montado un termo tanque provisto de un
sistema de calentamiento, en base a un quemador de fuel-oil, que tiene la función de producir
gases que circularán a través de las tuberías situadas en el interior del tanque, con la finalidad de
mantener caliente el asfalto, a una temperatura previamente definida.
En el extremo trasero del tanque está ubicada la barra de riego provista de boquillas, a través de
las cuales salen los chorros de asfalto sobre la superficie del terreno. La barra debe estar
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conectada al tanque de tal manera que el asfalto circule a través de ella cuando no se esté
regando, la longitud de esta barra varía de 3 a 8 metros en los modelos más grandes. Para que los
chorros de asfalto salgan a presión y produzcan una mayor penetración en el terreno, el camión
está equipado con una motobomba especialmente fabricada para este fin.
En el tanque debe existir un termómetro adecuado para medir la temperatura del asfalto. También
debe existir una conexión para una manguera con barra de riego y boquilla sencilla o doble para
regar zonas del camino que no puedan alcanzarse con la barra regadora. En nuestro medio los
camiones imprimadores de mayor uso están en el rango de capacidades de 2000 a 12000 litros.
La función del camión imprimador es aplicar asfalto sobre una superficie previamente
conformada, a una tasa especificada que puede variar de 0.8 a 1.8 lt/m2. Para asegurar que el
riego de asfalto forme una capa homogénea de espesor uniforme, es necesario controlara los
siguientes parámetros:
La viscosidad y la temperatura del asfalto deben ser las adecuadas.
La presión ejercida por la bomba tiene que ser uniforme en toda la barra de riego.
Se debe calentar la barra regadora y las boquillas antes de comenzar a regar, para eliminar
los residuos de asfalto de la jornada anterior.
Las boquillas deben estar fijadas sobre la barra regadora con un ángulo adecuado,
usualmente 15 a 30 grados, para evitar que los chorros se mezclen o interfieran unos con
otros.
Las boquillas deben fijarse a una altura conveniente de la superficie del terreno, para
asegurar el traslape de los abanicos de distribución. Algunos modelos están provistos de
soportes regulables que permiten graduar la altura de la barra, de acuerdo a las exigencias
de la obra.
La velocidad de trabajo del camión debe ser constante.
2.8.3.1 PRODUCTIVIDAD DE LOS CAMIONES IMPRIMADORES
El trabajo del camión distribuidor de asfalto se inicia con el cargado de material bituminoso
desde la planta de calentamiento, continua con el procedimiento necesario para conseguir la
circulación del asfalto entre el tanque y la barra de riego, además para obtener la temperatura
especificada para la obra en ejecución.
Cuando se trabaja con cemento asfáltico, este procedimiento demanda un tiempo mayor porque
este material debe alcanzar una temperatura cercana a los 140 ºC y su circulación por la barra de
riego ofrece una mayor dificultad, además, frecuentemente se produce la obstrucción de sus
boquillas, por lo cual es necesario calentarlos constantemente utilizando un soplete auxiliar, para
eliminar los residuos de asfalto.
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Posteriormente el camión imprimador recorre la distancia existente entre la planta de
calentamiento y la obra, una vez en el sitio de trabajo, se inicia la distribución del asfalto sobre la
plataforma, a una tasa previamente establecida.
El tiempo que demanda el trabajo preliminar de carga, el tiempo de descarga y el correspondiente
a las maniobras, se suma en un tiempo fijo, que tendrá un rango amplio de variación, de acuerdo
al volumen del tanque y a las características particulares de cada obra.
La producción del camión imprimador, en metros cuadrados de superficie imprimada por hora,
será una función de la capacidad del tanque, de la tasa de aplicación de asfalto, de la distancia a la
que se encuentra la planta de calentamiento y de la velocidad de trabajo que puede desarrollar el
camión imprimador.
En el cálculo de productividad, se debe considerar que el trabajo del camión imprimador es
independiente y no se ve limitado por el trabajo de otras máquinas que participan en la obra,
debido a que el riego de asfalto se realiza una vez que se ha concluido la conformación de la capa
base y con anterioridad a la ejecución de las tareas subsiguientes, con una separación en tiempo
de al menos 24 horas.
De acuerdo a las consideraciones anteriores la productividad de los camiones imprimadores será
la siguiente:
hra.
m
h)(1Ti
ErC60Q
2
Dónde:
Q = productividad del camión imprimador en (m2/hra)
C = capacidad del tanque del camión imprimador ([Litros)
i = tasa de aplicación del asfalto (Litros/ m2)
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo (minutos)
V = velocidad promedio de trabajo (m/min)
r = resistencia a la rodadura
E = factor de eficiencia del trabajo
h = factor de corrección por altura s.n.m.
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO
El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones
de carga del asfalto, del riego de asfalto a la superficie de la plataforma, de los recorridos de ida y
vuelta y de las maniobras de viraje. Además, la duración del ciclo depende de la distancia de la
planta a la obra (d ) en metros, y de la velocidad promedio del camión:
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f
ra
tv
d
v
dT
Donde:
d = distancia de recorrido [m]
va = velocidad de ida [m/min]
vr = velocidad de retorno [m/min]
tf = tiempo fijo = tiempo de carga + tiempo de descarga + maniobras
(Valor referencial tf = 60 a 120 minutos)
De manera experimental se han establecido valores referenciales para la duración del tiempo fijo
de los camiones imprimadores, considerando un camión estándar de 6000 litros, para diferentes
tipos de trabajo.
Tipo de Trabajo Tasa de Aplicación
de Asfalto (Lt/m2)
Duración del Ciclo
(min)
Imprimación 1.2 100
Riego de liga 0.8 100
TSS con CAP 1.0 200
TSS con emulsión 1.4 100
TSS con asfalto diluido 1.4 150
TSD con CAP 2.0 260
TSD con asfalto diluido 3.0 200
TSD con emulsión 3.0. 150
TST con CAP 2.4 320
TST con emulsión 3.6 200
TST con asfalto diluido 3.6 250
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2.9 EQUIPO PARA PAVIMENTOS RIGIDOS
2.9.1 PLANTAS DE HORMIGÓN
Son instalaciones que se utilizan para la fabricación de volúmenes importantes de hormigón con
un riguroso control de calidad, en el proceso de dosificación y mezclado de los materiales que
constituyen el concreto (cemento, áridos, agua y aditivos). La preparación del concreto se puede
realizar en Plantas de Mezclado Central o en Plantas Dosificadoras:
Plantas de Mezclado Central: Tienen una mayor capacidad de producción y están destinadas a
la ejecución de obras de pavimentación de gran volumen, estas máquinas pueden llegar a
producir en periodos de tiempo muy cortos volúmenes importantes de concreto.
Estas plantas pueden ser fijas o móviles: Las fijas son instalaciones destinadas a un centro
productivo con una localización permanente a lo largo de su vida útil.
Las plantas móviles son equipos destinados a trabajar en varias obras, tras la finalización de una,
la planta es desmontada, trasportada y ensamblada en otro lugar de trabajo. La estructura de la
planta suele incorporar un tren de rodadura, de manera que para su traslado solo se requiere un
tractor.
Plantas Dosificadoras con Camión Revolvedor:
Se usan en proyectos de mediana y pequeña magnitud,
donde el equipo de colocación de hormigón no requiere
de un gran volumen de concreto, únicamente se busca
asegurar la consistencia y trabajabilidad de la mezcla.
Los materiales que conforman el concreto son
dosificados por la planta en seco, para luego ser
transferidos a un camión revolvedor que será el
encargado de realizar la mezcla hasta obtener la calidad
de concreto especificada. Al hormigón preparado de esta
manera se conoce como concreto premezclado, con este
procedimiento se puede producir concretos para
pavimentos de alta calidad.
Estas plantas que también pueden ser fijas o móviles,
tienen una capacidad de producción máxima de 40 a 50
m3 por hora.
Antes de iniciar el proceso de elaboración de concreto,
deberá seleccionarse el sitio apropiado para la ubicación
de la planta, buscando minimizar las distancias a los
acopios de agregados y a la obra donde se utilizará el hormigón.
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Partes de Plantas de Mezclado Central: están compuestas generalmente por los siguientes
elementos:
Cabina de control, su funcionamiento requiere la presencia
de un solo operario por su grado de automatismo, que a
través de un panel de mando centralizado, permite al
operario dirigir y controlar todas las fases de dosificación. El
panel de mando está compuesto por una consola, desde la
cual, mediante el uso de un software, se regula el ingreso de
material, controlando la dosificación hasta la obtención de la
resistencia característica especificada.
Dosificadores de áridos o Tolvas, son los
elementos por donde ingresan los diferentes
tipos de áridos que se requieren para la
preparación del concreto, estos pueden estar
formados por 2, 3 ó 4 unidades. Los áridos
son vaciados, de acuerdo a la dosificación, por
compuertas que ubican en la parte inferior de
las tolvas, para ser llevados a la mezcladora
mediante cintas transportadoras.
Depósito y bomba de agua, sirve para
almacenar y suministrar el agua que se utiliza en la mezcla, a través de mangueras conectadas a la
mezcladora. La bomba está dotada de un flujómetro para controlar la cantidad de agua en litros.
Silo de almacenamiento, es el lugar donde se almacena el cemento, desde donde es llevado a la
balanza.
Balanza de cemento, es el lugar donde se pesa el cemento antes de ser llevado al mezclador por
medio de cintas transportadoras. Debido a que el cemento es el componente más caro del
concreto, es necesario un riguroso control en la dosificación de este material, garantizando
precisión y velocidad en las pesadas.
Mezclador, es un elemento donde llegan los materiales ya dosificados para ser mezclados con el
agua, este compartimiento está dotado de paletas ubicadas en su interior, las cuales mezclan los
materiales con movimientos rotativos.
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2.9.1.1 PRODUCTIVIDAD DE LAS PLANTAS DE HORMIGÓN
La productividad de las plantas de concreto de cemento Portland está definida por la capacidad
teórica de la planta en (Toneladas/hora) establecida por el fabricante, la cual debe ser convertida
a metros cúbicos/hora y corregida por un factor de eficiencia (E).
El factor de conversión es igual al peso específico del hormigón vibrado fc = δHor.(c)
hra.
mECQ
3)(
)(
c
cHor
Dónde:
Q = productividad de la planta de concreto en (m3/hra)
C = capacidad nominal de la planta en (Ton/ hora)
fc = factor de conversión (fc = δHor(c)) (Ton/ m3)
E = factor de eficiencia (E = 0,65 a 0,80)
Para elegir el factor de eficiencia (E) se debe considerar el estado de funcionamiento y de
conservación de la planta y la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentra la obra.
Para obtener la productividad calculada con la fórmula anterior, el equipo complementario de
carga, que transporta los agregados de los acopios a los buzones de la máquina (cargadores
frontales) y el equipo que recibe la mezcla y transporta el hormigón hasta la obra (camiones
hormigoneros o volquetas), deben tener una capacidad de producción igual o mayor al de la
planta de hormigón. Además se debe garantizar un suministro continuo de agua.
2.9.2. PAVIMENTADORAS
Las pavimentadoras de concreto son máquinas proyectadas especialmente para extender el
concreto en capas de espesor uniforme, cuya superficie debe quedar homogénea y de contextura
uniforme.
Estas pavimentadoras pueden ser de cimbra fija o de cimbra deslizante:
Las de cimbra fija son encofrados metálicos de dimensiones fijas que tienen un ancho igual al
ancho del carril de pavimentación, una profundidad igual al espesor de la losa y una longitud
igual a un múltiplo del largo de la losa. La provisión de hormigón se realiza utilizando camiones
hormigoneros o volquetes directamente al interior de la cimbra, donde la mezcla es distribuida
mediante reglas enrrasadoras manuales o automáticas, además de vibradoras para la
compactación del concreto.
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Las pavimentadoras de cimbra deslizante son instalaciones complejas dotadas de un sistema de
traslación propio, cuya elemento principal es una cimbra de dimensiones ajustables provista de
sistemas incorporados de extensión del hormigón, de enrase, de compactación y de acabado.
Estas cualidades le dan la capacidad de pavimentar grandes longitudes de carreteras o vías
urbanas, en forma continuada, de principio a fin de cada jornada de trabajo.
Las cimbras deben tener una longitud de 3 metros o más, para garantizar una alineación
apropiada de los bordes y confinar el área para la consolidación del hormigón. Las cimbras
laterales tendrán la separación adecuada para igualar el ancho de diseño de las losas.
La provisión de hormigón a la cimbra deslizante se puede realizar a través de la extendedora o
directamente al frente de la pavimentadora, mediante bombas de hormigón o utilizando camiones
revolvedores, volquetes de descarga lateral o trasera, o cargadores frontales. Para el llenado de las
cimbras y para conseguir la forma deseada el equipo dispone de herramientas complementarias,
como un gusano esparcidor o una esparcidora de cepillo, un enrasador y una barra compactadora.
Estas máquinas están equipadas con vibradoras hidráulicas montadas en la máquina en forma
aislada, delante del medidor de extrusión.
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El extendedor o esparcidor de concreto es un aditamento que se acopla a la cimbra deslizante,
para distribuir el concreto en todo el ancho del pavimento, el mismo se desliza sobre la
plataforma montado sobre ruedas de acero que se mueven sobre la parte superior de los moldes
metálicos. El emparejamiento se hace mediante un transportador de gusano de uno a dos pies de
diámetro, instalado sobre un eje horizontal que cubre todo el ancho del carril que se está
pavimentando. El transportador de emparejamiento se ubica en el extremo delantero del
extendedor de concreto.
2.9.2.1. Proceso de Pavimentación
Antes de iniciar el trabajo, se procede a colocar a cada lado de la pavimentadora, clavos
metálicos sobre trozos de madera, pintados para su fácil reconocimiento (“pines”), a una distancia
de 150 cm del borde de la losa, con una separación de 8 a 10 metros. Estos elementos se unen con
una línea guía, la cual puede ser de alambre, cable, cuerda de polietileno, o cualquier otro
material que resista la tensión a la que será sometida para reducir las catenarias entre apoyos,
La varilla del sensor de dirección de la máquina corre contra el interior de la línea guía y la
varilla del sensor de elevación corre bajo la línea guía, esto para evitar la existencia de elementos
que pudieran desviar a alguna de las varillas.
Existen muchos tipos de sensores, siendo los más usados los
hidráulicos, existen también eléctricos, láser y sónicos.
Normalmente las pavimentadoras usan cuatro sensores de
elevación, para tener un mayor control del espesor de la losa.
Los sensores de altura están localizados adelante y detrás de
la máquina, haciendo contacto con la línea guía en cada
extremo.
La texturizadora es un accesorio que tiene la finalidad de
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realizar el acabado superficial del pavimento, mediante elementos de texturizado que pueden ser
peines de cerdas metálicas, plásticas, o pedazos de yute.
2.9.2.2. PRODUCTIVIDAD DE LAS PAVIMENTADORAS DE HORMIGÓN
La productividad de las pavimentadoras de concreto de cemento Portland depende de las
dimensiones de la máquina, del espesor de las losas de hormigón, de la distancia y velocidad de
trabajo, de la productividad del equipo de transporte, de las condiciones de la obra, etc.. Cuando
se utilicen camiones revolvedores debe establecerse una frecuencia realista de entrega,
considerando los tiempos de cargado, mezclado, entrega, descarga, y retorno.
hra.
m
h)(1T
ELed60Q
3
e
Dónde:
Q = Productividad de la pavimentadora en (m3/hra)
d = distancia de trabajo recorrida por el equipo (metros)
e = espesor de la carpeta (metros)
Le = ancho útil (metros)
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo (minutos)
V = velocidad promedio de trabajo (m/min)
E = factor de eficiencia del trabajo
h = factor de corrección por altura s.n.m.
Velocidad de Trabajo
En condiciones normales, para anchos de pavimentación de 2 a 10 metros y espesores de
hormigón de 15 a 30 centímetros, la velocidad promedio de trabajo estará en el rango de 30 a
150 metros/hora. El volumen de concreto entregado a la pavimentadora debe asegurar una
velocidad de pavimentación continua. Cuando la entrega no permite una velocidad constante, se
debe modificar la velocidad para compensar la demora en la entrega y viceversa.
Duración del Ciclo de Trabajo
El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones
de pavimentación y en las maniobras de carga del hormigón preparado. La duración del ciclo
depende de la longitud del tramo de trabajo (d) en metros y de la velocidad promedio de la
máquina, además se considerará un tiempo fijo que representa la demora ocasionada por el
aprovisionamiento de hormigón, por el montaje de los elementos de transferencia de cargas y por
los ajustes en la cimbra deslizante del equipo pavimentador:
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ftv
d
T
d = distancia de trabajo (m)
v = velocidad de trabajo (m/min)
tf = tiempo fijo (tf = 3 a 5 minutos)
2.9.3. CAMION MIXER
El camión mixer (conocido también como
camión hormigonero, camión mezclador y/o
agitador), es un chasis de camión equipado
con una hormigonera, lo cual le permite
preparar el hormigón y transportarlo
mientras continúa su amasado. Es el método
más seguro y más utilizado para transportar
hormigón en trayectos largos.
Se fabrican con capacidades que varían entre
2 y 12 m3 o más.
2.9.3.1 DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO
Existen Camiones Mixer de diferentes marcas, modelos y tamaños, pero básicamente funcionan
de manera similar:
La diferencia entre los camiones mezcladores y los agitadores radica en la configuración de las
paletas helicoidales internas del tambor: En el camión mezclador su cuba amasadora dispone de
paletas con una cierta inclinación y con “pestañas” de ataque, que impiden que el hormigón pase
de largo en el ciclo rotatorio del tambor, impulsándolo hacia abajo, donde se mezclará
uniformemente gracias a que sus paletas están levemente inclinadas.
El camión agitador que no tienen la función de amasar, puesto que recibe la mezcla preparada,
está provisto de una cuba agitadora, cuyas paletas helicoidales sin “pestañas” de ataque, tienen
poca o ninguna inclinación, y prácticamente son lisas para permitir que el hormigón pase de largo
en la rotación del tambor, solamente agitándose a una velocidad de 2 a 6 revoluciones por
minuto.
2.9.3.2 PARTES DE UN CAMION MIXER
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CONJUNTO DE CARGA Y DESCARGA
Construido en chapas de acero de alta resistencia de la misma calidad y espesor del tambor. Está
diseñado para una rápida carga y descarga, para lo cual tiene:
Un sistema de traba tipo “morsa” para posicionar, en cualquier ángulo de giro, la canaleta
de descarga; constituido por una traba de seguridad de accionamiento rápido,
Un sistema de levantamiento de la canaleta de descarga que utiliza un robusto tornillo
mecánico de accionamiento manual.
Canaletas de fondo plano para la salida del hormigón.
TAMBOR
Debido a que el tambor es uno de los componentes que más sufre la acción de la abrasión y
corrosión, está fabricado con chapas de alta resistencia con soldadura aplicada externa e
internamente para garantizar su elevada resistencia.
TANQUE DE AGUA
Presurizado por el sistema de aire del camión, está protegido por dos válvulas de alivio reguladas
a una presión menor que la válvula del camión, tiene una capacidad variable, que depende del
tamaño del camión mixer. Se fabrica con chapas de acero de la misma calidad del tambor.
COMANDO TRASERO
El comando de la hormigonera podrá ser mecánico o electrónico. El comando de acción mecánica
es de concepto simple, robusto y seguro, formado por 3 palancas: una de traba, la segunda para el
control de rotación del motor, y la tercera para la bomba hidráulica.
2.9.3.3 PRODUCTIVIDAD DEL CAMIÓN HORMIGONERO (AGITADOR)
El trabajo del camión hormigonero se inicia con el cargado del concreto preparado en planta,
posteriormente el camión traslada este material hasta la obra, donde realizará la descarga en
forma directa a la superficie de la vía, o mediante el uso de una bomba de hormigón, finalmente
el camión retorna a la planta de producción, para iniciar un nuevo ciclo de trabajo.
La productividad del camión hormigonero dependerá de su capacidad, de la distancia a la que se
encuentra la planta de concreto, de la velocidad que puede imprimir, y del tiempo que se demora
en las operaciones de carga y descarga. Los tiempos que demandan las operaciones de carga, de
descarga y las maniobras de viraje se consideran en un tiempo fijo, ya que no tendrán variaciones
significativas en la ejecución de una obra. De acuerdo a las consideraciones anteriores, la
productividad de los camiones hormigoneros será la siguiente:
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hra.
m
h)(1T
ErC60Q
3
Dónde:
Q = productividad del camión imprimador en (m3/hra)
C = capacidad del camión hormigonero (m3)
T = tiempo de duración del ciclo de trabajo (minutos)
V = velocidad promedio de trabajo (m/min)
E = factor de eficiencia del trabajo
r = resistencia a la rodadura
h = factor de corrección por altura s.n.m.
DURACIÓN DEL CICLO DE TRABAJO
El tiempo total del ciclo de trabajo será la sumatoria de los tiempos utilizados en las operaciones
de carga y descarga del hormigón, en los recorridos de ida y vuelta y en las maniobras de viraje.
La duración del ciclo depende de la distancia de la planta a la obra (d) en metros y de la
velocidad promedio del camión:
f
ra
tv
d
v
dT
Dónde:
d = distancia de recorrido (m)
va = velocidad de ida (m/min)
vr = velocidad de retorno (m/min)
tf = tiempo fijo = tiempo de carga + tiempo de descarga + maniobras
(tf = 5 a 10 minutos)
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CAPITULO III
COSTO DE OPERACIÓN DEL EQUIPO
3.1 CONSIDERACIONES GENERALES
Por las características inherentes a la actividad constructora, la maquinaria tiene una vida
económica relativamente baja, en virtud a que desempeña sus funciones bajo condiciones
adversas, rudas y “a cielo abierto”, los costos de operación de las máquinas representan un gran
porcentaje del costo total de las obras, por ese motivo su cálculo tiene vital importancia. El éxito
o fracaso de un contrato de construcción depende virtualmente de los costos del equipo, una
evaluación adecuada garantizará la obtención de ganancias evitando perdidas a la empresa.
El costo de posesión y operación para una misma máquina varia en un amplio rango, debido a
que está afectado por muchos factores, por ejemplo el tipo de obra, las condiciones de trabajo, los
precios locales de combustible y lubricantes, las tasas de interés, las condiciones de
mantenimiento y el costo de la mano de obra; por este motivo no es aconsejable calcular costos
en base a modelos preestablecidos, sin realizar previamente una adecuación a las características y
condiciones particulares de cada obra.
Para considerar la maquinaria como parte del costo directo de una unidad de obra, previamente se
calcula el denominado costo horario de operación, para este fin existen diversos criterios, que han
dado lugar a modelos de planillas de cálculo diferentes; sin embargo todas ellas consideran los
mismos conceptos de gasto, diferenciándose únicamente en la forma y presentación de su cálculo.
VIDA ÚTIL DEL EQUIPO
En toda máquina, tanto durante los tiempos de utilización, como durante los períodos en que se
encuentra ociosa, sus diversas partes y mecanismos sufren desgaste, por lo que con cierta
frecuencia en periodos predeterminados dichas partes deben ser reparadas o sustituidas, para que
la máquina esté constantemente habilitada para trabajar y producir con eficiencia y economía. Sin
embargo, con el transcurso del tiempo, irremediablemente toda máquina llega a encontrarse en un
estado tal de desgaste y deterioro, que su posesión y trabajo en vez de constituir un bien de
producción, significan un gravamen para su propietario, lo cual ocurrirá cuando los gastos que se
requieren para que la máquina funcione excedan a los rendimientos económicos obtenidos con su
trabajo.
La vida útil de una máquina depende de múltiples factores, como ser: calidad de fabricación,
condiciones de trabajo, severidad de los agentes atmosféricos, habilidad del operador, prácticas
de mantenimiento etc.
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VIDA ECONÓMICA DEL EQUIPO
Se entiende por vida económica de una
máquina, el período durante el cual
puede ésta operar en forma eficiente,
produciendo réditos económicos a su
propietario, en condiciones adecuadas de
operación y mantenimiento.
Mediante un registro detallado de los costos
de operación y mantenimiento, es posible
determinar el periodo, después del cual, los
costos por hora de operación, que sufren un
incremento constante con el transcurso del
tiempo de trabajo, alcanzan un monto que
supera el. costo promedio aceptable para
esa máquina, lo que significa que el costo
horario de operación es superior al rédito
económico generado por su productividad. En este momento la máquina habrá llegado al fin de
su vida económica.
3.2 CONCEPTOS QUE INTERVIENEN EN EL COSTO HORARIO DE OPERACIÓN
DEPRECIACION
INVERSION
COSTOS FIJOS SEGURO
MANTENIMIENTO
COSTO
HORARIOCOMBUSTIBLE
LUBRICANTES
COSTOS POR
CONSUMOLLANTAS
MANO DE OBRA
COSTOS DE
OPERACIÓN
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a. PRECIO DE ADQUISICIÓN: Es el costo total del equipo, incluyendo transporte, seguros,
impuestos, etc, hasta llegar al depósito central del propietario.
b. VALOR RESIDUAL: Es el valor que conserva la máquina al término de su vida útil, es el precio
al que puede ser revendida. Se expresa como un porcentaje del costo de adquisición, dependiendo de
la política de cada empresa este porcentaje puede variar del 10% al 30% e incluso tener un valor
cero.
c. COSTOS FIJOS: Representa el costo de maquinaria por concepto de la propiedad de la misma y
su mantenimiento en condiciones de trabajo, este rubro está compuesto por los cargos de
depreciación e inversión, ambos constituyen la reserva requerida para reemplazar el equipo al
término de su vida útil. Su erogación se considera incluso cuando el equipo está parado.
Depreciación: Es el cargo que resulta de la disminución del valor original de la maquinaria, como
consecuencia de su desgaste normal por uso y por el tiempo transcurrido; en ausencia de procesos
inflacionarios, la sola reserva de depreciación permitirá reemplazar el equipo al término de su vida
útil.
Para facilitar su cálculo generalmente se considera una depreciación lineal, es decir que el equipo se
deprecia una misma cantidad por unidad de tiempo.
e
ra
V
VVD
donde :
Va = Precio de adquisición de la máquina menos el costo de llantas, mangueras o bandas
de acuerdo al equipo analizado.
Vr = Valor residual de la máquina.
Ve = Vida útil de la máquina expresada en horas efectivas de trabajo.
Inversión: Es el costo o interés del dinero invertido en la compra de la máquina, ya sea con recursos
propios o créditos bancarios, este elemento es de mucha importancia debido a las altas tasas
financieras.
Seguro: Es el cargo que cubre los riesgos a que está sujeta la maquinaria durante su vida útil, este
cargo forma parte del precio unitario, ya sea que la maquinaria se asegure por una compañía de
seguros o que la empresa decida hacer frente a los posibles riesgos con sus propios recursos.
d. COSTOS DE FUNCIONAMIENTO: Son los gastos por concepto de los materiales necesarios
para el funcionamiento de la máquina, como ser combustible, lubricantes, repuestos, llantas, mano
de obra y otros.
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Mantenimiento: Es el originado por todas las erogaciones necesarias para conservar la maquinaria
en buenas condiciones de trabajo durante su vida útil; incluye el mantenimiento mayor y menor.
Mantenimiento mayor se refiere a las reposiciones de partes y reparaciones de la maquinaria en
talleres especializados, o aquellas que se realizan en el campo empleando personal especializado y
que requiere retirar el equipo de los frentes de trabajo; Su costo incluye la mano de obra, repuestos y
renovaciones de partes de la maquinaria. Mantenimiento menor representan los ajustes rutinarios,
pequeñas reparaciones y cambios de repuestos que se efectúan en la obra.
El costo de mantenimiento se va incrementando gradualmente a medida que envejece el equipo,
tendrá un valor diferente para cada etapa de su vida útil, por lo cual este costo debería reajustarse
constantemente de acuerdo al estado de la máquina. Para facilitar su cálculo la mayoría de los
propietarios prefieren utilizar un costo de reparación promedio, como su valor es inicialmente bajo y
se va elevando con el transcurso del tiempo el promediarlos produce un excedente al principio, que
se puede reservar para compensar el costo posterior más alto.
Combustible: corresponde al costo de diesel o gasolina utilizado para el funcionamiento de los
motores. el cargo por combustible se obtendrá multiplicando los litros consumidos por hora de
trabajo por el costo unitario del combustible
Lubricantes: se refieren a l costo de aceites lubricantes que utiliza el equipo en cada hora de trabajo,
el mismo depende de la capacidad de sus recipientes interiores y los tiempos transcurridos entre
cambios sucesivos de cada tipo de aceite, además de las pérdidas por la evaporación originada por el
calentamiento de la máquina. que resulta de la disminución del valor original de la maquinaria,
como consecuencia de su uso y del tiempo transcurrido.
Llantas, bandas o mangueras: cuando algún elemento de la máquina se desgasta con mayor
rapidez que el equipo en sí, como las llantas en los vehículos, las bandas en las plantas de trituración
y las mangueras de las bombas, su incidencia en el costo horario de operación se incluye en el costo
de funcionamiento, por este motivo al calcular la depreciación de la máquina deberá deducirse de su
valor inicial. Su costo por hora se obtendrá dividiendo el precio de las llantas, bandas o mangueras
entre su vida útil en horas.
Mano de obra: Representa el pago de los salarios al personal encargado de la operación de la
máquina, su incidencia por hora de trabajo se calcula dividiendo el sueldo mensual entre la horas
efectivamente trabajadas por mes.
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3.3. PLANILLAS UTILIZADAS PARA EL CÁLCULO DEL COSTO DE OPERACIÓN:
3.3.1. PLANILLA PROPUESTA POR EL ING. LEOPOLDO VARELA
(ASESOR DE COSTOS DE LA O.A.C.I.)
Esta planilla divide el costo de operación en tres componentes : cargos fijos, consumo y operación.
a. CARGOS FIJOS: depreciación, inversión, seguro y mantenimiento
Depreciación e
ra
V
VVD
Inversión a
ra
H
iVVI
2
)(
Seguro a
ra
H
sVVS
2
)(
Mantenimiento T = Q * D
Dónde:
Va = Precio de adquisición menos el precio de las llantas, mangueras o bandas
Vt = Costo total de adquisición de la máquina
Vr = Valor residual de la máquina
Ve = Vida útil de la máquina en horas
Ha = Horas trabajas por año.
i = Tasa de interés anual expresada en decimales
s = Prima anual de seguro expresada en decimales
Q = Coeficiente de mantenimiento (según la máquina y las características de la obra)
D = Depreciación
Tabla 23. Coeficiente de mantenimiento
E Q U 1 P 0 “Q"
Tractores de orugas, cargadores frontales, moto traíllas 0.50 a 0.90
Motoniveladoras, excavadoras, tractores agrícolas, camiones aguateros 0.35 a 0.75
Volquetas 0.45 a 0.85
Compresoras 0.35 a 0.75
Compactadores vibratorios, compactadores neumáticos 0.40 a 0.80
Plantas de trituración, plantas de asfalto 0.25 a 0.45
Carro imprimador, distribuidor de agregados, escoba mecánica 0.25 a 0.45
Mezcladoras de Hormigón, vibradoras, martillos neumáticos 0.30 a 0.70
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b. CARGOS POR CONSUMOS: Combustible, lubricantes, llantas (bandas o mangueras)
Combustible cPce
Lubricantes plcalAI )(
Llantas (bandas o mangueras) v
n
h
Vn
Dónde:
c = cantidad de combustible consumida por hora trabajo
Pc = Precio unitario del combustible
al = Cantidad de lubricantes utilizados por hora de trabajo
Pl = Precio de los lubricantes.
c = Pérdida por evaporación entre cambios sucesivos
Vn = Precio de adquisición de las llantas
hv = Vida útil de las llantas en horas (su valor depende de las condiciones de trabajo)
c. CARGOS POR OPERACIÓN: salarios del Operador y del Ayudante
Costo del Operador H
SC o
o
Dónde :
So = salario mensual del Operador
Sa = salario mensual del Ayudante
H = horas efectivas trabajadas por mes
3.3.2. PLANILLA DE CÁLCULO DEL MANUAL CATERPILLAR
Esta planilla divide el costo unitario de operación en tres componentes: costo de posesión, costo
de operación y costo de la mano de obra.
a. Costo de posesión está formado por la depreciación, el interés y el seguro.
Depreciación e
ra
V
VVD
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Inversión aHn
inVtI
2
)1(
Seguro aHn
snVtS
2
)1(
n = Vida útil en años
b. Costo de Operación está compuesto por los siguientes conceptos:
Combustible
Lubricantes
Filtros
Neumáticos
Tren de rodaje
Reserva para reparaciones
Elementos de desgaste especial
Costo Horario de Filtros: Para su cálculo se consideran todos los filtros que utiliza la máquina, en
un lapso de tiempo de dos mil horas, en función de los periodos de cambio establecidos para cada
elemento. El número de filtros utilizados en dos mil horas se multiplica por su precio unitario, el
monto total obtenido mediante la suma de estos valores se divide entre dos mil para determinar el
costo horario.
Ejemplo Costo horario de filtros de un cargador frontal CAT 966
Filtros Intervalos de
cambio (Hrs)
Nº Filtros Costo
$us
Nº Filtros
usados en
2000 Hrs
Subtotal
$us
Motor 250 1 14,6 8 116,80
Transmisión 500 1 15,6 4 62,40
Hidráulico 500 2 15,6 8 124,80
COMBUSTIBLE
Primario 2000 1 11,1 1 11,10
Secundario 500 1 11,1 4 44,40
AIRE
Primario 2000 1 56,6 1 56,60
Secundario 1000 1 53,4 2 106,80
COSTO TOTAL $us 522,90
Costo de filtros por hora = 522,90 / 2000 = 0,261 $us
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Costo Horario del Tren de Rodaje: El desgaste del tren de rodaje debe tener una previsión adicional
a la reserva de mantenimiento, para su reposición periódica, por tener un desgaste más acelerado
que el resto de la máquina.
Para evaluar este costo, el Manual de Rendimientos Caterpillar proporciona factores básicos de costo
y multiplicadores de condiciones, para sus máquinas montadas sobre orugas
Tabla 24. Costo horario del tren de rodaje
FACTORES BASICOS DEL TREN DE RODAJE
EQUIPO FACTOR
BASICO $us
5230 B 20,1
D11R 18,0
5130B 15,9
D10R 13,3
5110B 11,7
D9R 10,6
D8R y D8R Series II 9,0
973, 589, D7R Series II LGP 10,1
D7R Series II, 963C, 583R, D6R Series II, D7R XR 8,5
385B, 5090B 6,8
D6R, 953C, 572R, D6M LGP, D6R XL, D6R XR 6,2
935C, 572R, 527, D6M LGP 6,6
345B Serie II, 365B Serie II 6,5
D5N LGP, D6 SR, D6N XL, 517, 527 5,3
330B , 330C 4,7
D3G (All), D4G (All), D5G (All), 933 (All), 939, 561M 3,9
325B , 325C 3,6
314C, 315C, 317C, 318B L, 322C 3,2
D4 SR, 320C 2,7
307B, 311C, 312C, 308C 2,3
*Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
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MULTIPLICADORES DE CONDICIONES
VALORACION IMPACTO ABRASION “Z”
ALTO 0.3 0.4 1.0
MODERADO 0.2 0.2 0.5
BAJO 0.1 0.1 0.2
*Fuente: Manual de rendimiento CATERPILLAR
Costo Horario Tren Rodaje = Factor Basico x ( I + A + Z)
IMPACTO: Se refiere al deterioro que producen los materiales de la superficie de la rodadura. Se
considera ALTO para superficies duras e impenetrables con protuberancias de 15 cm ó más.
MODERADO para superficies parcialmente penetrables con protuberancias de 7,5 a 15 cm. BAJO
para superficies totalmente penetrables y de pocas protuberancias.
ABRASIÓN: Es la propiedad del suelo que produce el desgaste de los componentes de las cadenas
sometidos a fricción. Es ALTO para suelos muy húmedos que tengan un alto porcentaje de arena o
partículas cortantes. MODERADO para suelos ligeramente húmedos que tengan un menor
porcentaje de arena o partículas cortantes. BAJO para suelos secos o rocas con un porcentaje bajo de
arena o partículas cortantes.
FACTOR “Z”: Representa los efectos combinados de muchas condiciones relativas al ambiente
(temperatura y humedad), composición química del suelo, los hábitos del operador, la frecuencia y
normas de mantenimiento, etc.
Reserva para Reparaciones: El Manual Caterpillar ofrece gráficos para estimar el costo de
mantenimiento, que se pueden utilizar si no se tiene una información más precisa para la evaluación
de este costo. El valor obtenido del gráfico se multiplica por el multiplicador de vida útil que
corresponda, de acuerdo a la vida útil en horas prevista para la máquina. Las barras que
corresponden a cada máquina representan las condiciones de operación, el extremo “A”
condiciones de baja severidad, el extremo “C” condiciones de operación muy exigentes, y el
sector medio “B” condiciones de trabajo promedio:
Elementos de Desgaste Especial: Las partes que se desgastan con mayor rapidez que el resto de la
máquina, también se consideran en forma adicional a la reserva para reparaciones, tal el caso de las
cuchillas de las hojas topadoras, los dientes de los cucharones de excavadoras, etc. En este caso su
incidencia en el costo de operación se calcula dividiendo el precio del elemento entre su vida útil en
horas.
c. Costo de la mano de Obra: Representa el salario mensual del Operador, dividido entre las horas
efectivas trabajadas durante el mes.
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3.3.3. PLANILLA DEL MANUAL KOMATSU
Esta planilla divide el costo unitario de operación en dos componentes: costo de posesión y costo
de operación
a. Costo de posesión está formado por la depreciación, el interés y el seguro.
Depreciación e
ra
V
VVD
Inversión + Seguro a
t
H
VsifSI
)(
n
rnf
2
)1()1(1
a
r
V
Vr Ha
b. Costo de Operación: está compuesto por los siguientes conceptos:
Combustible
Lubricantes
Filtros
Neumáticos
Elementos de desgaste especial
Reserva para reparaciones
Salario del Operador
Costo Horario de Filtros: Esta Planilla considera que el costo de filtros es igual al 50 % del costo
de todos los lubricantes que consume la máquina en una hora de trabajo.
Reserva para Reparaciones: El Manual de Especificaciones y Aplicaciones KOMATSU ofrece
gráficos similares al Manual Caterpillar, para estimar el costo de mantenimiento. El valor obtenido
del gráfico se multiplica por el multiplicador de vida útil que corresponda.
Elementos de Desgaste Especial: Las partes del equipo que se desgastan con mayor rapidez que el
resto también se consideran en forma adicional a la reserva para reparaciones, tal el caso de las
cuchillas de las hojas topadoras, los dientes de los cucharones de excavadoras, puntas y espigas de
los escarificadores, etc.
c. Salario del Operador: Se considera el porcentaje del salario que corresponde a una hora de
trabajo, vale decir sueldo mensual dividido entre las horas trabajadas por mes.
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3.3.4. PLANILLA BASADA EN LOS CRITERIOS DEL DEPARTAMENTO NACIONAL
DE CAMINOS DEL MINISTERIO DE TRANSPORTES DEL BRASIL
La Dirección Nacional de Carreteras del Ministerio de Transportes de la República del Brasil, con el
fin de uniformar los criterios utilizados en el cálculo de costos horarios de operación en la
presentación de propuestas para obras licitadas por el estado, utilizando los conceptos que contienen
las planillas anteriormente descritas, y la experiencia acumulada por esta importante Institución,
presenta una planilla electrónica de fácil uso, donde se calcula el costo horario de operación de todas
las máquinas previstas para la ejecución de obra.
Una de las cualidades de esta planilla es la facilidad con que se determina el costo de los materiales
de operación, en base a rangos de consumos establecidos en función de la potencia del motor, los
cuales multiplicados por el precio unitario del combustible dan como resultado el costo total de
materiales de operación, vale decir combustible, lubricantes, grasa y filtros.
Esta planilla incluye en su composición los siguientes conceptos:
a. Depreciación e intereses
1)1(
)(1n
rtt
a i
iVViV
HPID
b. Mantenimiento a
t
Hn
kVM
Vr = Valor residual de la máquina
Vt = Costo total de la máquina
Ha = Horas trabajas por año.
i = Tasa de interés anual expresada en decimales
n = Vida útil en años
k = Coeficiente de proporcionalidad (Varía según la máquina)
VALORES DEL COEFICIENTE DE PROPORCIONALIDAD
EQUIPO K
Tractor Dozer, cargador frontal, mototraílla, volquetas 1,00
Motoniveladora, Excavadoras, camión aguatero, tractor de ruedas 0,80
Equipo de compactación 0,90
Planta de asfalto, plantas de trituración 0,90
Carro imprimador, terminadora de carpetas 0,90
Distribuidor de agregados, escoba mecánica, hormigonera, vibrador 0,50
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c. Costo de los materiales de operación: Se considera los siguientes conceptos:
Combustible
Lubricantes
Grasa
Filtros
1º Premisas para calcular el costo aproximado de materiales de funcionamiento para equipos con
motor diesel:
- Se establece un precio promedio único para todos los tipos de lubricantes
- El costo de 1 Kg de grasa es equivalente al de 1 litro de lubricante.
- El precio promedio del lubricante es 4 veces el precio del diesel.
- El gasto horario de filtros corresponde al 50 % del costo total de lubricantes.
2º- Consumos aproximados de diesel y lubricantes, por cada HP de potencia del motor, para
condiciones de trabajo promedio:
Diesel 0,15 Lt / HP
Lubricantes 0,002 Lt / HP
Grasa 0,001 Kg / HP
3º Relacionando los consumos promedio de materiales con el precio unitario del diesel, se obtiene
un factor de costo por HP de potencia. Actualmente en nuestro país, el precio de un litro de
lubricante o grasa es aproximadamente igual a 6 veces el precio unitario del diesel:
Diesel 0,150
Lubricantes (6 veces costo diesel) 0,002 x 6 0,012
Filtros 0,002 x 3 0,006
Grasa (6 veces costo diesel) 0,001 x 6 0,006
Factor de costo de materiales 0,174
Costo Horario de Materiales = Mat = 0,174 x HP x Cdiesel
c. Costo de la Mano de Obra: Para obtener un valor horario que refleje el tiempo que realmente se
trabaja por mes es necesario considerar, de acuerdo a la legislación laboral vigente, los días
efectivamente laborables que tiene el año:
Días que no se trabajan en el año
Domingos 52
Feriados por Ley 12
Vacación anual 15
Bajas por enfermedad 10
Días de lluvia 8
Total días no trabajados 97
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𝑁º 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑠 =365 − 97
12= 22.33
Nº de Horas trabajadas al mes = 22.33 x 8 = 179
De acuerdo a lo anterior el costo horario de la mano de obra será el salario mensual del Operador
dividido entre 179.
3.3.5. ELECCIÓN DEL MODELO DE PLANILLA:
Analizando comparativamente los resultados que se obtienen con los cuatro modelos de planillas, se
puede observar las diferencias siguientes:
- los modelos correspondientes a los Manuales Caterpillar y Komatsu incorporan una mayor
cantidad de elementos en el análisis del costo horario, como ser la reposición de filtros, tren
de rodaje, partes de desgaste especial, etc., adicionalmente al cargo de mantenimiento. Por
esta razón el resultado obtenido ha de ser mayor a los obtenidos utilizando las otras planillas.
Además su uso es recomendado específicamente para máquinas provenientes de esta fábrica.
- La planilla propuesta por el Ing. Varela, tiene el aval de su experiencia en diferentes obras
aeroportuarias de Latino América, como Asesor de Costos de la Organización de Aviación
Civil Internacional. Por su sencillez y la necesidad de muy poca información es de fácil
aplicación y su uso abarca a equipos de todas las marcas.
- La planilla elaborada en base a los criterios que utiliza la Secretaría de Transportes del
Brasil, se convierte en una planilla electrónica de fácil y amplia utilización, para todo tipo y
marca de equipos; la única información que se requiere es la potencia del motor y el precio
unitario del diesel. Por sus características esta planilla es la más recomendada, ya que se
adecúa mejor a las condiciones particulares de nuestro medio, especialmente en los
componentes del costo de mantenimiento y de los materiales de operación.
El costo horario de operación obtenido con cualquiera de las planillas descritas anteriormente,
representa el costo neto de operación, sin incluir gastos generales, utilidad ni impuestos.
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BIBLIOGRAFIA
1. MANUAL DE ESPECIFICACIONES Y APLICACIONES KOMATSU 1989
2. MANUAL DE RENDIMIENTOS CATERPILLAR 1998
3. MANUAL D.N.I.T. BRASIL 2004
4. MANUAL DEL INGENIERO CIVIL FREDERICK S. MERRITT
5. MANUAL ATLAS COPCO 1990
6. METODOS, PLANEAMIENTO Y EQUIPOS DE CONSTRUCCION R. L. PUERIFOY
MEXICO 1971
7. COSTOS DE CONSTRUCCION PESADA Y EDIFICACION LEOPOLDO VARELA
ALONZO MEXICO 1990
8. MANUAL DE COMPOSICION DE COSTOS VIALES: MINISTERIO DE
TRANSPORTES DEL BRASIL 1972
9. TEXTO GUIA “MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCION” JAIME AYLLON
ACOSTA 2005