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• Juan Jose Carvajal

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Cosecha Forestal

Parra Sánchez

FUNDAMENTOS SOBRE TECNOLOGIA DE APROVECHAMIENTO FORESTAL Además de las funciones de conservación de suelos, agua y fauna, y de su función recreativa, el objetivo final de los esfuerzos de ordenamiento de bosques es hacer que un suelo produzca la madera y demás productos forestales necesarios al hombre. De allí que las operaciones de aprovechamiento y transporte forestal, hasta colocar la materia prima en las plantas procesadoras, deban ser consideradas como la culminación de las prácticas silviculturales en la masa forestal. En este capítulo se presenta una síntesis de los sistemas y métodos de las diversas operaciones que integran la cadena del transporte forestal, con especial énfasis en la mecanización del aprovechamiento en plantaciones forestales. I. FACTORES QUE INFLUYEN EN OPERACIONES DE APROVECHAMIENTO FORESTAL 1) Factores del terreno

•

Condición general del área boscosa: Localización geográfica del área: longitud, latitud, altura sobre el nivel del mar.

•

Características climáticas: temperatura y precipitación (distribución e intensidad).

•

Características geomorfológicas.

•

Descripción detallada del terreno: Pendiente: % de pendiente, longitud de la pendiente, dirección de la pendiente (N, NE, E, SE, S, SO, 0, NO).

•

Rugosidad del suelo: es independiente del % de pendiente y se basa en la ocurrencia de obstáculos como variación de la superficie, tocones, piedras, huecos, puntas rocosas y otros.

•

Características físico - mecánicas del suelo: estructura y profundidad de la capa de humus, textura y profundidad del suelo mineral, pedregosidad, drenaje, resistencia.

•

Susceptibilidad a la erosión: sin riesgo, con riesgo, con gran riesgo de erosión.

•

Accesibilidad: distancia a vías de acceso y uso de terrenos adyacentes.

2) Factores forestales:

•

Tamaño total del área boscosa: m3 totales para aprovechar.

•

Volumen por hectárea: crecimiento promedio/ha/año, M3/ha en cortas finales. 1

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•

Diámetro de fustes, dureza de la madera y peso de las trozas, grado de peligro para daños biológicos de las trozas.

•

Consideraciones silviculturales: métodos adecuados para reforestación, políticas de entresaca.

3) Factores sociales:

•

Mano de obra: escolaridad, lenguaje, nivel de vida, habilidad, experiencia, motivación.

•

Situación de empleo: competencia con otras industrias, salarios.

II. OPERACIONES TERMINALES Se denomina operaciones terminales a aquellas cuyos costos por unidad de volumen son independientes de la distancia de transporte, por ejemplo apeo, desrame, troceo, descortezado, apilado, carga y descarga. 1) Apeo (ver tumba de árboles) 2) Carga y descarga

Dentro de la cadena del transporte forestal estas operaciones absorben altos costos debido al tiempo promedio de espera de cada camión para ser cargado o descargado y al tiempo promedio de cargue o descargue. Cuando se trata de madera liviana para aserraderos, para pulpa (bosques de coníferas, eucaliptos, otros), estas operaciones pueden realizarse manualmente o por medio de grúas hidráulicas de baja capacidad (menos de 3 toneladas) pero de alto rendimiento; la decisión sobre el método a ser elegido depende del análisis de costo. En caso de madera pesada no es recomendable el método manual por razones de costos, ergonómicas y de fisiología del trabajo. Para madera pesada los "winches" y las grúas mecánicas han sido la mejor solución en los grandes complejos forestales y madereros. Existen muchas casas especializadas productoras de estos equipos. III. TRANSPORTE MENOR Se entiende por transporte menor el traslado de la madera desde el lugar de apeo hasta un patio sobre una vía principal de acceso (camino forestal o carretera pública, río, ferrocarril o canal), incluyendo las operaciones terminales. 1) Transporte menor no mecanizado

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a) Transporte manual: El transporte manual está limitado por la distancia de transporte, las condiciones topográficas y el tamaño de las trozas. En el transporte de madera para pulpa es posible emplear fuerza humana para trasladar trozas pequeñas del tocón a un primer patio o vía de acceso, donde se apilará para luego continuar el transporte con otros sistemas. En ningún caso es recomendable que este transporte manual se realice a distancias mayores de 50 metros, tanto por razones de ergonomía y fisiología del trabajo como por razones económicas. b) Transporte por fuerza de gravedad: Este tipo de transporte está gobernado por la pendiente, la rugosidad del suelo y el tamaño de las trozas. Para emplear la fuerza de gravedad en suelos susceptibles a la erosión se requiere construir canales de deslizamiento recubiertos con madera colocada en sentido longitudinal a lo largo del canal. Cuando las condiciones del suelo son favorables no es necesario construir estos canales. Las condiciones que determinan el uso de estos deslizaderos pueden ser resumidas de la manera siguiente. •

Pendiente del terreno mayor del 30 %;

•

La pendiente debe ser uniforme o ligeramente rugosa;

•

Distancia máxima de 500 metros;

•

Trozas con un máximo de 500 kilos;

•

Patio amplio en el punto de llegada de las trozas.

Dada su simplicidad de construcción y por las condiciones topográficas de las plantaciones en muchos países, este método puede ser un medio económico para el transporte en los bosques que cumplan con las condiciones anteriores, siempre y cuando haya un camino de acceso en la parte baja de la pendiente. c) Transporte forestal con animales: Características generales de los animales de tiro: los animales que más se adaptan al transporte de madera en el medio son los bueyes, los caballos y las mulas. Estos animales presentan una característica común cuando se les emplea como fuerza de tiro: su capacidad de arrastre disminuye cuando aumentan la velocidad o la distancia de recorrido. • Transporte con bueyes: La vida de trabajo de un buey es de aproximadamente 1 0 años, y su marcha normal (sin carga) es de 2.5 km./h. Los bueyes poseen gran capacidad de tiro, sus pezuñas anchas y grandes permiten atravesar terrenos blandos y fangosos por ejercer baja presión unitaria sobre el suelo; comparados con los caballos y las mulas pueden bajar pendientes fuertes (45%). La fuerza de 3

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tracción de un buey es equivalente a una cuarta parte del peso del animal. Siendo el peso de un buey aproximadamente 500 kilos, su fuerza de tracción será de 125 kilos pudiendo duplicarse o triplicarse esta fuerza si la distancia es corta (menor de 100 metros). Fig. 1.

Fig. 1. En la Fig. 2. Se notan los movimientos característicos de un sistema de arrastre con bueyes (animales) y los cuales son: Viaje sin carga (1), carga (2), Viaje con carga (3), descarga (4).

Fig. 2.

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Tabla 1.

Tabla 2.

Tabla 3.

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Transporte con caballos: La fuerza de tracción de los caballos puede considerarse, para la marcha normal en zonas boscosas, en la mitad de su peso, lo que varía con la velocidad y el tiempo pues la fatiga del animal hace que aquella disminuya para velocidades altas y después de un largo recorrido. Fig. 3.

Fig. 3

Gráfico 1.

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El esfuerzo de tracción, la velocidad y el tiempo empleados no son independientes unos de otros pues están ligados por relaciones que se ha pretendido traducir a fórmulas que no es del caso analizar por su valor más bien teórico. Gráfico 1. Cuando el tiro es realizado por varios caballos no se puede multiplicar el esfuerzo unitario por el número de ellos para obtener el esfuerzo total de tracción; la poca coordinación en el tiempo de los esfuerzos hace que sea necesario aplicar un coeficiente de reducción, dependiente del número de caballos que componen el tiro; el coeficiente de reducción es, según Schwilge : Para 2 caballos Para 3 caballos Para 4 caballos Para 5 caballos

1 0.91 0.89 0.76

Aunque no se han hecho estudios sobre estos coeficientes de reducción para bueyes, se puede asumir que los valores anteriores son válidos para arrastre con dos o más bueyes. Las ventajas de los caballos sobre las mulas y los bueyes son sus mayores actividades y rapidez, muestra de más inteligencia y su buena adaptación a climas fríos. •

Transporte con mulas: La eficiencia relativa y los factores que gobiernan el uso de mulas para el transporte forestal son muy similares a los mencionados para el transporte con caballos. Sin embargo, las mulas presentan algunas ventajas sobre los caballos en los siguientes aspectos: Son más resistentes al calor, por lo que no se incapacitan tanto como los caballos cuando se calientan demasiado, y en consecuencia trabajan muy eficientemente en climas cálidos; Se excitan menos que los caballos; Son menos exigentes en la alimentación; Su costo inicial es más bajo;

Con buenos cuidados y alimentación una mula puede trabajar 10 años; si trabaja una semana y descansa otra su rendimiento es mayor y puede trabajar hasta 15 años.

d) Transporte forestal por agua

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Algunas modalidades de transporte forestal por agua pueden ser consideradas como transporte menor aunque el recorrido se hace generalmente a más de 5 km. Los métodos de transporte menor por agua se pueden clasificar así: ♦ Transporte de trozas libres por la corriente de ríos o canales hasta un pozo de almacenamiento (boom), donde se clasifica la madera; ♦ Transporte en balsas (trozas atadas) remolcadas por lanchas - remolcadoras desde el boom hasta la boca de los ríos; ♦ Cuando la madera no flota las trozas se transportan sobre una plataforma guiada por lanchas - remolcadoras. e) Transporte menor mecanizado Para asegurar una producción mínima bajo costos aceptables dentro de las complejas condiciones físico - económicas y sociales de los bosques subtropicales, hay necesidad de pensar en un cierto grado de mecanización cuyo nivel óptimo es posible determinar mediante los análisis de los próximos capítulos. En este numeral se presenta una síntesis sobre la tecnología moderna que ofrece alguna factibilidad para el aprovechamiento de plantaciones forestales en Colombia. •

Transporte forestal con tractores Tractores forestales articulados de ruedas

Los tractores forestales de ruedas pueden ser de dos tipos: tractores arrastradores (Fig. 4) y tractores con remolque (Fig. 5) Ambos son empleados para transportar trozas pero operan económicamente en diferentes condiciones de topografía, suelos y peso de las trozas. Tractores arrastradores. (Fig. 4). Estas máquinas transportan la madera arrastrándola sobre el suelo por lo que solamente son económicas a distancias cortas. Algunas marcas, como Timber Jack, Garret Tree Farmer, Clark, Ranger, Caterpillar u otros han sido empleadas con éxito en bosques tropicales y de coníferas en América Latina. Los tractores arrastradores están provistos de un arco integral que levanta el extremo delantero de la troza facilitando la operación de arrastre (ver Fig. 4). La capacidad de arrastre de estas máquinas varía, pero en ningún caso es inferior a una tonelada.

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Fig. 4 Diferencias entre tractores forestales arrastradores de ruedas y tractores agrícolas: Bastidor: el bastidor es más resistente en los tractores forestales para soportar el peso de las trozas; Chasis: el chasis de un tractor agrícola es rígido y rectangular, el de los forestales es articulado, consistente en la unión de dos chasis, uno anterior que soporta el motor y la cabina del conductor, y otro posterior que sostiene un malacate y un arco integral, necesitando por lo tanto dos bastidores, uno para cada chasis. Los dos chasis están unidos por una articulación en el centro o cerca del centro del vehículo, lo que permite el giro en el plano horizontal (algunos diseños facilitan cierta rotación en el plano vertical). Este tipo de chasis genera una mayor adaptación de la máquina a las condiciones irregulares del terreno; Ruedas: en los tractores forestales las cuatro ruedas siempre son grandes e iguales; Dirección: en los tractores agrícolas puede ser mecánica o de servo - dirección; en los forestales la dirección normalmente es hidráulica articulado; Transmisión: los órganos de transmisión tienen el mismo principio en los dos tipos de tractores aunque en los forestales son más complicados debido al sistema de dirección articulado que exige el empleo de árboles deslizantes; Cabina del conductor: a diferencia de los tractores agrícolas, la totalidad de los tractores forestales de ruedas va provista de cabina para el conductor, por efectos de protección y comodidad;

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Arco integral: este equipo auxiliar solamente lo llevan los tractores forestales, para facilitar el arrastre de las trozas; Pala frontal: a diferencia de los tractores agrícolas, los tractores forestales de ruedas van equipados con una cuchilla frontal para apoyar la máquina durante la operación de "winche" y para apilar las trozas en los patios; Escudo protector: los tractores forestales van equipados con un escudo para proteger las llantas traseras de los daños que puedan causar la carga o los cables de arrastre; "Winche": es un implemento que forma parte del tractor forestal para las operaciones de arrastre de las trozas; Reparto de los pesos: el reparto de pesos en los tractores forestales de ruedas y en los agrícolas es completamente opuesta: en los agrícolas se distribuye 1/3 de su peso en el eje delantero y 2/3 en el posterior; en el tractor forestal de arrastre el eje delantero soporta aproximadamente 2/3 de su peso y el posterior 1/3. Debido a estas diferencias los tractores agrícolas no presentan adaptabilidad aceptable para el transporte de madera en bosques tropicales montañosos. Tractores con remolque. (Fig. 5). Con estos tractores la carga no se transporta arrastrándola sobre el suelo sino que es totalmente soportada por el remolque. Estos tractores pueden llevar mucha carga, por lo que pueden laborar económicamente en distancias superiores a aquellas en que operan los tractores arrastradores.

Fig. 5. La mayoría de los tractores con remolque viene dotada de una grúa hidráulica para operaciones de carga. Estos tractores son una posible solución para bosques donde

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económicamente no se justifique una densidad muy alta de caminos para camiones; presentan grandes ventajas especialmente en plantaciones de coníferas, eucalipto y futuros bosques tropicales. Tractores de orugas. (Fig. 6.). Para el transporte de madera liviana no es económico emplear tractores de oruga convencionales, si bien para arrastrar trozas pesadas en bosques tropicales de suelos blandos o arcillosos estos tractores parecen ser la mejor solución debido a las limitaciones tecnológicas de los tractores de ruedas para llegar hasta cada tocón.

Fig. 6. En los bosques tropicales de montaña, y debido al peso de las trozas y a las condiciones topográficas, los tractores convencionales de oruga (Caterpillar, Allis Chalmer, International, otros) han sido la única solución para arrastrar madera. Sin embargo, el mejor uso de estos tractores se hace a cortas distancias, máximo 1000 metros. Existen tractores forestales de oruga y de alta potencia, tales como TDT-55, TDT-60 y TDT-75, Bombardier, FMC-200 CA, FMC-200 BG. (Fig. 6). Debido a la baja velocidad el costo de producción con estos tractores aumenta rápido con la distancia. Máquinas múltiples. (Fig. 7.). Para cosechar la madera de plantaciones en Canadá y norte de Europa se emplean métodos altamente mecanizados utilizando equipo procesador de distintos tipos que ejecuta las operaciones de apeo y transporte menor; debido a su diseño y alto costo estas máquinas no se justifican en Colombia, dadas las actuales circunstancias sociales y económicas del país.

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Fig. 7.

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TRANSPORTE FORESTAL CON CABLES

La explotación forestal es un problema fundamentalmente de transporte. El apeo y la preparación de las trozas, aunque a veces presentan algunas dificultades, son operaciones fáciles de resolver comparadas con la operación de transporte la cual absorbe del 60%, al 70% o más del costo total del aprovechamiento del bosque. El 30% o 40% restante es absorbido por las faenas previas de apeo y troceo. Estructura y construcción de un Cable Reducido a sus elementos más simples un cable está integrado por numerosos alambres combinados en torones los cuales están trenzados al rededor de un corazón central para formar el cable, Fig. 1.

TORON CABLE

ALAMBRE

ALMA

Fig. 1 Analizando por separado las partes constitutivas de un cable se pueden resumir sus principales funciones y características: Alambres. Son hilos metálicos que constituyen el elemento más simple de un cable. La resistencia de éste así como su flexibilidad y tenacidad dependen del material y diámetro de los hilos, los alambres son de acero y su resistencia está gobernada por el porcentaje de carbono. También existen cables con hilos de hierro pero no se emplean como medio de transporte. De acuerdo con el tratamiento previo que se le de a los alambres, los cables pueden ser "preformados" o "no preformados". Un cable es preformado cuando a cada uno de los hilos que forman los torones se le ha dado la forma del torcido exacta que ocupará en el cable final. En los cables "no preformados" los alambres no han sido sometidos a ningún proceso previo. 13

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Los cables preformados ofrecen ventajas en lo relativo a la resistencia a la fatiga metálica, flexibilidad, ensortijado, distribución interna de las cargas, giro en las poleas, devanado, enrollado, etc. Estas ventajas hacen que el tipo "preformado", sea más usado que el "no preformado" en el campo de transporte con cables. Torones. Los torones están formados por varios alambres que se enrollan en forma de espiral al rededor de un hilo metálico que sirve como centro o corazón. A su vez los torones, para formar el cable se trenzan al rededor de un centro o corazón que puede ser otro cable independiente o un corazón de cáñamo o sisal. La construcción de un cable está dada por el diámetro y posición relativa de los alambres en cada torón. Existen diferentes construcciones las cuales se denominan así: Primero dos números, el primero de los cuales indica el número de torones que forman el cable y el segundo indica el número de alambres que constituyen cada torón, a continuación se indican las iniciales del material del corazón y por último una palabra característica que indica la posición de los alambres en el torón, Fig. 2.

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6 x 7 C.S.

6 x 19 C.S. Warrington

6 x 19 C. C. I. Filler

6 x 29 C.S. Filler

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6 x 8 C.S.

6 x 19 C.S. Seale

6 x 21 C.S. Filler

6 x 29 C. C. I. Filler

6 x 17 C.S. Filler

6 x 19 C.S. Filler

6 x 27 C.S. Seale

6 x 33 C.S. Filler

Fig 2. De acuerdo con la dirección de trenzado de los torones y, alambres se distinguen cuatro tipos de cables, los cuales se denominan así: "Trenzado Regular derecho", "Trenzado regular izquierdo", "Trenzado Lang derecho"" y "Trenzado Lang izquierdo". Fig. 3.

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Trenzado regular derecho

Trenzado regular izquierdo

Trenzado Lang derecho

Trenzado Lang izquierdo

Fig. 3. Corazón. Es el núcleo metálico o de fibra al rededor del cual se enrollan los torones en forma de espiral. Se le conoce también con el nombre de alma o centro. Además de núcleo de enrollamiento el corazón desempeña la función de depósito de lubricante. El corazón metálico es generalmente un cable independiente de diámetro pequeño y se denomina con las iniciales C.C.I. (Centro cable independiente) o I.W.R.P. (Independent Wire Rope Center). Los cables de alma metálica presentan mejores cargas a la rotura, soportan altas tensiones y pueden ser sometidos a grandes presiones laterales.

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El corazón de fibra es de cáñamo o sisal (Hemp Center) y se denomina por las iniciales C.S. o H.P. Los cables con este tipo de alma son más flexibles y pueden almacenar mayor cantidad de lubricante. Los manuales y folletos distribuidos por las casas fabricantes, tanto nacionales como extranjeras especifican los pesos por unidad de longitud así como las cargas a la ruptura correspondientes a cada cable según su diámetro y tipo de construcción. Estos datos son la base para el cálculo de la magnitud de las cargas que pueden ser transportadas a lo largo de un cable aéreo. Tabla 1. Cable Torón amarillo “POWERSTEEL” Preformado 6 x 19 H.P. Diam. En pulgadas

Peso Libras por pie

Resistencia en Tons.

¼

0.10 0.16 0.23 0.31 0.40 0.51 0.63 0.90 1.23 1.60 2.03 2.50 3.03 3.60 4.23 4.90 5.63 6.40

2.74 4.26 6.10 8.27 10.7 13.5 16.7 23.8 32.2 41.8 52.6 64.6 77.7 92.0 107.0 124.0 141.0 160.0

5/16 3/8 7/16

½

9/16 5/8

¾

7/8

1 11/8 11/4 3/8 1 11/2 15/8 13/4 7/8 1 2

Tabla 1. El Cable como medio de Transporte La elección del método más económico y favorable de transporte de madera es uno de los problemas más difíciles en el campo forestal. Existen pocos datos precisos sobre los principios que deben regir el perfeccionamiento sistemático de la explotación forestal y en particular la elección y adaptación de métodos cuya eficiencia ha quedado demostrada en otros países. Pero a pesar de que algunos sistemas son más eficaces que otros, cabe la posibilidad de que lo que resulta eficaz en determinadas condiciones puede resultar impracticable en otros lugares. De ahí el cuidado que debe tenerse al tratar de adaptar un sistema de otro país a un medio de condiciones diferentes.

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Cuando se trata del empleo de cables para transporte forestal debe ante todo saberse en qué lugares y condiciones es ventajoso su uso. Los sitios donde los cables pueden emplearse con gran eficiencia son: Donde la construcción de una red de carretera de explotación se haga muy difícil, bien sea por inconvenientes de orden técnico o económico. En bosques sobre terrenos muy abruptos y rocosos. En el centro de zonas pantanosas. En zonas de terreno muy suelto con gran peligro de erosión. En bosques rodeados de terrenos de poco interés económico, donde la amortización de una carretera sería muy difícil. Donde haya necesidad de extraer rápidamente los productos en casos de incendio, plagas, etc. En las hoyas hidrográficas de agua para consumo doméstico, donde se debe evitar la contaminación y acumulación de desechos. Así como los cables transportadores tienen sus ventajas, también presentan algunas limitaciones: ♦ Normalmente los cables obligan al propietario a hacer el máximo de explotación, para amortizar los costos de maquinaria. ♦ El equipo debe usarse continuamente hasta completar el tiempo de servicio o duración empleado para el cálculo de costos de producción. ♦ Los cables exigen operarios hábiles y cuidadoso mantenimiento. ♦ El transporte de pasajeros por cables forestales está absolutamente prohibido. Cables Transportadores de uso Forestal Los cables empleados para el transporte de trozas en las explotaciones forestales se pueden clasificar de acuerdo a sus características y modo de operar en dos clases: 1)

Cables terrestres

Se denominan así porque durante el proceso de transporte las trozas van arrastrándose sobre el suelo, Fig. 4 y Fig. 5.

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En los cables terrestres se pueden distinguir dos sistemas: a) "Va Viene Bajo" b) "Va y Viene Alto" Aunque la instalación de estos dos sistemas difiere un poco la mayoría de los elementos son comunes a ambos. Los elementos comunes son: Winche o máquina Principal con dos tambores mínimo, uno para accionar la línea de arrastre durante el proceso de transporte y el otro para accionar la línea de regreso que lleva la línea principal al lugar donde están las trozas para transportar. Línea principal o línea de arrastre de las trozas durante el proceso de transporte. Línea de regreso para llevar la línea principal hacia atrás donde se van a recoger las trozas. Poleas de la línea principal y línea de regreso Instaladas cerca del winche. Poleas esquinera y trasera por donde pasa la línea de regreso, para ir a unirse al cable principal. Estrobos para amarrar las trozas en un extremo y sujetarlas al punto de unión de las líneas. A - Sistema "Va y Viene Bajo" Fig. 4. Se emplea para transportar madera en zonas moderadamente inclinadas uniformes o planas generalmente inundadas. Con este sistema el transporte se puede efectuar hasta más de 500 metros. Las trozas se arrastran totalmente sobre el suelo. Para facilitar el deslizamiento de las trozas sobre el suelo, en el punto de unión de la línea de arrastre y de regreso se coloca de manera especial un embudo o cono metálico en el cual se introduce el extremo delantero de la troza, de tal manera que al efectuarse el arrastre el embudo puede pasar obstáculos del suelo como tocones bajos, piedras, raíces, etc. Este sistema es apropiado para trozas grandes.

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Fig. 4. Un método semejante a este, con winches hasta de 100 H.P., se ha empleado para el arrastre del cativo (Prioria copaifera), desde el lugar de apeo hasta los canales o carros en la región del Bajo Atrato, (Golfo de Urabá). B - Sistema "Va y Viene Alto" Fig. 5. Se diferencia del anterior en que las poleas principales y de regreso van instaladas en un árbol mástil a una altura entre 10 y 20 metros sobre el suelo, por lo tanto al efectuar el arrastre la troza no va totalmente sobre la superficie, sino que el extremo delantero se levanta a medida, que se acerca al árbol mástil, el cual va sujeto a tocones por medio de cables de sujeción que impiden el pandeo durante el proceso de transporte. Con este sistema se puede barrer un círculo de radio hasta 6 veces la altura de la polea principal sin que se presenten mayores dificultades durante el arrastre. Este método es apropiado para zonas planas o cuesta arriba, no es muy aconsejable cuesta abajo porque el extremo delantero de la troza no puede levantarse del suelo puesto que la polea principal queda más baja que la carga, hasta cuando esta se coloque en el mismo plano horizontal de la polea principal.

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Fig. 5. 2)

Cables aéreos

Un cable aéreo es una línea suspendida a determinada altura del suelo. En los cables aéreos las cargas se deslizan a lo largo del cable por acción de la gravedad si es cuesta abajo o por medio de la potencia de un motor si el transporte se efectúa cuesta arriba. Aunque hay muchos sistemas de cables aéreos cuyas instalaciones y funcionamientos difieren en mayor o menor grado, existen algunos elementos que son comunes a los diferentes sistemas. Dichos elementos son: 1. Winche o máquina principal, con un tambor mínimo. Los que no poseen carro automático como las Torres Koller y los sistemas Wyssen, deben de poseer dos tambores como mínimo, de los cuales uno es para accionar la línea principal durante el proceso de transporte y el otro para accionar la línea de regreso del carro porta cargas. Este Winche es movido por un motor de gasolina o Diesel, cuya potencia puede variar entre 20 a 200 H.P. o más de acuerdo con la magnitud de las instalaciones.

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2. Arboles mástiles anterior y posterior. En el mástil anterior se instalan las poleas principales y de regreso o polea principal y secundaria (de la línea de carga). Ambos mástiles están sostenidos por cables de sujeción atados en la parte superior. A poca distancia de los cables de sujeción están los soportes de la línea aérea. El montaje de poleas y demás accesorios puede verse en las figuras referentes a distintos tipos de cables aéreos. 3. Carro porta cargas, es un mecanismo que se desliza o rueda sobre el cable aéreo, cuyo fin es suspender las cargas durante el transporte. Existen desde carros mecánicos simples hasta automáticos por fuerza hidráulica o control temporizado. 4. Línea principal. Arrastra el carro porta cargas para efectuar el transporte del mástil posterior hacia el patio intermedio, vía, caño o río. 5. Línea de regreso, sirve para llevar el carro porta cargas vacío hasta el mástil posterior o hasta el lugar donde está la carga. El diámetro de esta línea es menor que el de la línea principal. 6. Poleas principales y de regreso, instaladas en el mástil anterior, tienen como objeto orientar la dirección de la línea principal y de regreso respectivamente. La polea principal es de diámetro mayor que la polea de regreso. 7. Poleas esquineras y traseras, están sujetas a tocones cerca al mástil posterior y tienen como objeto orientar la dirección de la línea de regreso la Cual va a unirse a la línea principal. 8. Soportes del cable aéreo, estos soportes están montados uno en el árbol mástil anterior y otro en el posterior, sirven para suspender el cable aéreo, cuyos extremos van a sujetarse a tocones ubicados en la misma dirección de la línea aérea o a un “hombre muerto” (deadman). 9. Cables de sujeción o vientos, son líneas atadas por, un extremo a la parte superior del árbol mástil y por el otro a tocones vecinos. El objeto de estas líneas es mantener firmes los mástiles y evitar el pandeo durante la operación de transporte. 10. Estrobos, son cables cortos que sirven para atar las trozas al carro porta cargas.

Sistema "Simple de gravedad" Fig. 6. Este es el sistema más elemental de cables aéreos. El transporte se efectúa cuesta abajo gracias a la fuerza de la gravedad. Las pendientes más convenientes oscilan entre el 12% y el 65%. El perfil entre los árboles mástiles debe ser cóncavo para que la distancia entre el suelo y el cable sea suficiente al paso de la carga. Este sistema se

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adapta mejor para cargas livianas (menores de 150 kilogramos) ya que no existe ninguna línea de control para la carga, la cual marcha a altas velocidades.

Fig. 6. El sistema "Simple de gravedad", es apropiado para zonas montañosas, es fácil de instalar, requiere poco personal pero no se puede ejercer ningún control sobre la carga durante el tiempo de recorrido. La Fig. 6 explica en detalle la instalación y funcionamiento del sistema, el cual puede operar con eficiencia en distancias de hasta 700 metros. Puede adaptarse para trozas enteras o cargas formadas por varías piezas de madera de pequeñas dimensiones. Sistema "North Bend" Fig. 7 Este sistema de origen americano es apropiado para transporte en plano o cuesta arriba. La Fig. 7 muestra el montaje y funcionamiento del sistema, el cual opera hasta 500 metros. Solo es apto para transporte de trozas enteras y no para cargas formadas por varias piezas de madera pequeña, ya que al principio del recorrido la carga va arrastrando sobre el suelo. Este sistema se diferencia de los demás cables aéreos en que lleva una polea de izar de la cual va suspendida la carga. El "North Bend" no se 23

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aconseja cuesta abajo ya que la polea de izar no puede dar mayor levante a la carga la cual choca contra los obstáculos del suelo.

Fig. 7. La manera como se desplaza la carga es parecida a la del "Va y Viene Alto" con la diferencia de que en el "North Bend" el extremo delantero de la troza puede alcanzar mayor altura, pasando con menos dificultad los obstáculos del suelo.

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Fuera de la polea de izar, los demás accesorios son los comunes a los demás cables aéreos. En este sistema la mitad de la carga la soporta el cable aéreo y la otra mitad la línea principal. Para cuesta abajo se emplea el "North Bend Modificado (1)". Como lo muestra la Fig. 8. Se obtiene mayor levante de la carga pero el cable aéreo queda soportando los dos tercios del peso transportado.

Fig. 8 Con el "North Bend Modificado (2)" Fig. 9, empleado también cuesta abajo se obtiene la máxima elevación de la carga, pero tiene la desventaja de que todo el peso es soportado por la línea aérea.

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Fig. 9. Una modificación semejante a esta se emplea en las explotaciones forestales de Cartón de Colombia utilizando los viejos sistemas que antes correspondieron a "Pulpapel" en el Bajo Calima (Buenaventura), con winches pequeños de aproximadamente 35 HP denominados Winches nacionales. Sistema "Wyssen" Fig. 10. Este es un sistema suizo empleado para el transporte en fuertes pendientes, donde no pueden operar con eficiencia otros sistemas. Se ha empleado en el Noroeste de los Estados Unidos para transportar trozas de Douglas Fir en zonas de fuertes Pendientes. 26

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La distancia entre los soportes depende de la deflexión que se pueda obtener en la línea aérea. La carga se desliza por gravedad a lo largo del cable aéreo y es controlada por de una línea que se enrolla en el tambor de un winche colocado en la parte superior. Tiene la ventaja de que la carga se puede recoger a determinada distancia a lado y lado del cable aéreo, pero presenta la desventaja que el carro porta cargas es un mecanismo bastante complejo que exige operarios especializados si se quiere llegar pronto a altos rendimientos. En Colombia existe un equipo de estos en el Departamento de Antioquia, en la Empresa Industrias Forestales Doña María.

Fig. 10. Estática de cables suspendidos El ingeniero dedicado a las explotaciones forestales con cables debe conocer con alguna aproximación la máxima tensión a que queda sometida una línea aérea dada, así como la carga que puede ser transportada bajo ciertas condiciones gobernadas por el perfil del suelo a lo largo del cuál se va a extender la línea, por la carga a la ruptura del cable y por el factor de seguridad elegido.

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Los manuales de ingeniería y textos de mecánica que hacen algún estudio sobre líneas aéreas, solo tratan el problema con la condición de que el cable queda sometido a carga uniformemente distribuida y sus dos extremos soportados en el mismo plano horizontal. Sin embargo en la práctica, cuando se trata de transporte a lo largo de un cable aéreo, la situación se presenta diferente, ya que en la mayoría de los casos se trabaja. con cargas concentradas que se deslizan a lo largo de cables en espacio inclinado. 1 Ingeniería de Cables. La distancia de transporte a la que puede operar un cable aéreo está limitada por la deflexión o flecha de la línea aérea. Por eso el punto de vista más importante que se debe tener en cuenta cuando se planea la instalación de un cable aéreo, es que la capacidad de la línea para soportar una carga depende de la deflexión del cable cuando está cargado. Para un cable aéreo dado, cuando la pendiente, diámetro de la línea, espacio y factor de seguridad son constantes un incremento en deflexión trae como resultado un incremento en la capacidad de carga. La deflexión está determinada por la altura de los soportes de los dos extremos del cable sobre el suelo, por el "espacio" o distancia horizontal entre los soportes, por el perfil del suelo entre los árboles donde están los soportes y por la tensión permitida en el cable aéreo. La deflexión se expresa en porcentaje del espacio, así una deflexión de 10 mt. en un cable de 200 mt. de espacio horizontal se dice que es una deflexión del 5%. En un cable aéreo de espacio inclinado, cuando la deflexión permanece constante la tensión aumenta al aumentar la pendiente como lo demuestran los cómputos tanto gráficos como analíticos. El propósito de la ingeniería de cables aéreos es primero determinar que deflexión permite el terreno, y luego determinar la capacidad de carga de la línea aérea con esta deflexión, empleando las formas de cómputo establecidas. Un cable en suspensión adopta la forma de una curva especial, llamada "curva de la catenaria", la cuál será analizada más adelante. Cuando un cable está cargado en un punto la conformación que asume es la de dos arcos de una catenaria común, con el punto de intersección en el lugar de carga. En un cable aéreo horizontal la máxima tensión ocurre cuando la carga está en el punto medio. En cables de espacio inclinado la máxima tensión se produce cuando la carga está ligeramente desplazada del punto medio hacia el soporte inferior. Sin embargo hasta pendientes del 120% la diferencia entre la tensión producida cuando la carga está en la posición de tensión máxima y la producida cuando la carga está en el punto medio es despreciable. Por lo tanto para simplificar los cálculos matemáticos de deflexiones y tensiones se considera la carga situada en el punto medio. El mejor medio para determinar la deflexión permitida de un cable aéreo es el método gráfico, el cual se conoce con el nombre de "Gráfico de deflexiones". Los materiales

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necesarios para confeccionar dicho gráfico son: papel milimetrado, una cuerda metálica o de fibra, una cadena fina y varios pines y chinches. A mayor escala en el gráfico mayor exactitud se obtendrá en la medida. La nivelación de la dirección en la cual va a ser tendido el cable es indispensable para la confección del perfil. Otra información adicional para diseñar la instalación de un cable aéreo es el peso del carro porta cargas ya que la tensión debida a la carga es producida por el peso del carro portacartas más el peso de la troza. La figura 11 ilustra las características más importantes de un cable aéreo de espacio simple. Esta figura sirve también para aclarar las definiciones de los siguientes términos relacionados con una línea aérea. 1. Arbol soporte o árbol mástil, es el empleado para soportar los extremos de la línea aérea. 2. Cuerda, es la línea recta entre los soportes del cable. 3. Deflexión, es la distancia vertical entre la cuerda y el cable aéreo. 4. Punto crítico, es el punto del perfil más cercano a la línea aérea. 5. Luz, es la distancia vertical entre la línea aérea y el, suelo.

Fig. 11. 29

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Como se mencionó previamente el mejor sistema para hallar la deflexión permitida en un cable aéreo, es el "Gráfico de deflexiones" el cual se confecciona de la manera siguiente: ( Fig. 12). 1) En papel milimetrado se dibuja el perfil del suelo entre los árboles mástiles anterior y posterior, empleando la misma escala para los ejes horizontal y vertical, (se recomienda una escala de 1:200) 2) Se coloca el papel en una pared con el eje horizontal perfectamente nivelado. 2) Se colocan dos pines en la elevación estimada sobre el suelo de los soportes del cable.

Fig. 12. 4) Se coloca una cuerda bien tensionada entre los dos pines. 5) Se suspende una cadena liviana que tenga como soportes a los dos pines, anclando el extremo superior con un chinche. La cadena asumirá el perfil del cable aéreo que es una catenaria.

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6) Se cuelga de la cadena un peso liviano por medio de un gancho de alambre delgado, este peso representa la carga. Lleve la carga a la vertical que pasa por el punto crítico y ajuste la flecha de tal forma que permita una luz aproximada de 6 mt. entre el suelo y el cable. 7) Obtenida la condición anterior se ancla el otro. extremo de la cadena con un chinche. 8) Se mueve la carga al punto medio y se lee la magnitud de la flecha en este punto. Esta deflexión se denomina Dc y es la que se emplea para el cálculo de la tensión máxima como se verá más adelante. Para evitar confusiones en cálculos posteriores se empleará la siguiente nomenclatura para el cómputo de tensiones y cargas en cables aéreos:

• • • • • • • •

A = Longitud de un espacio inclinado. a = Area transversal del cable en pulgadas cuadradas. D = Deflexión en el punto medio de un cable no cargado. D1 = Deflexión del cable con una carga concentrada en cualquier punto en un plano horizontal. DC = Deflexión en el centro del espacio producida por una carga concentrada. DE = Deflexión en el punto más bajo del cable. DU = Deflexión debida a la carga uniforme. DX = Deflexión del cable en cualquier punto “X”.

•

E = Diferencia de elevación entre los soportes del cable.

•

e = Módulo de elasticidad del cable.

• • • • • • • • • • •

H = Componente horizontal de la tensión del cable. L = Longitud del cable en el espacio. P = Peso de la carga concentrada. p = Peso de la carga uniforme en libras por pie lineal. Q = Punto seleccionado al azar en el cable. S = Longitud horizontal del espacio. T = Tensión en el cable. U = Distancia del punto de deflexión o carga al soporte izquierdo. V = Distancia del punto de deflexión o carga al soporte derecho. W = Peso por metro de cable. X = Distancia indicada.

Nota: Todas las distancias son medidas en pies y todas las tensiones y pesos en libras. 2 - Cálculo de tensiones de un cable aéreo. 31

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A-

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Tensiones en un Cable Aéreo no Cargado.

Un cable suspendido por sus dos extremos y sujeto al esfuerzo de, su propio peso forma una curva característica llamada "catenaria". La ecuación de la catenaria referida a un sistema de ejes se expresa de la manera siguiente:

Y = m/2 (ex/m

+ e-x/m) = m. cos hip x/m

donde: m = Componente horizontal de la tensión / Peso por unidad de cable = H / w e = Base de logaritmos Neperianos. Como la ecuación de la catenaria involucra funciones hiperbólicas que complican los cómputos matemáticos, entonces asumiendo que el peso del cable en vez de ser proporcional a la longitud del arco de la curva es aproximadamente proporcional a su proyección horizontal la ecuación de la curva se convierte en la ecuación de una parábola, lo cual simplifica los cálculos. Esta aproximación difiere muy poco del resultado correcto en el caso de una catenaria en tensión soportada por sus extremos. Partiendo del principio que el peso es proporcional a la proyección horizontal se va a calcular la tensión en los soportes de un cable aéreo a partir de las formulas presentadas a continuación:

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Si los momentos se toman en un soporte y la mitad del espacio se considera como un cuerpo libre

La pendiente del cable en cualquier punto Q es igual a la tangente del ángulo formado por la línea tangente en este punto y la horizontal.

La longitud exacta de la curva parabólica está dad por:

Para la mayoría de los casos las siguientes fórmulas aproximadas pueden usarse:

Si la relación D/S no es mayor de 1/10, la ecuación (9) puede escribirse:

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p Libras por pie linear.

Bajo carga parcial el cable se deformará perdiendo su curva parabólica inicial. La deflexión vertical máxima al centro del cable ocurrirá cuando una porción central de longitud (2B) se cubre con la carga viva (p) además de la carga muerta que cubre el espacio completo. La cantidad de distorsión del cable puede encontrarse por las siguientes fórmulas.

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α

Cargando P en el centro del espacio:

α es + o – cuando el vértice está por encima o por debajo del soporte.

Cargando P en cualquier punto del espacio:

α es + o – cuando el vértice está por encima o por debajo del soporte.

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Como se ha mencionado previamente el procedimiento para calcular la capacidad de carga de una línea aérea requiere una determinación gráfica para hallar la máxima deflexión permitida cuando el cable está cargado, la cual se obtiene por medio del Gráfico de Deflexiones y una determinación matemática de la Capacidad de carga. Los pasos consecutivos para el cómputo de la capacidad de carga de un cable aéreo son: 1) Sobre el "gráfico de deflexiones" determinar la máxima deflexión permitida en el punto medio del espacio cuando el cable está cargado en este punto. Esta deflexión se denomina Dc. (ver Fig. 12.) 2) Elegir un factor de seguridad (F.S.) que no debe ser menor de 3. El límite elástico de un cable de acero es aproximadamente la mitad de la carga a la ruptura, lo cual significa que si el cable trabaja con un factor de seguridad de 2 o menos ocurrirán permanentes deformaciones y elongaciones de la línea. Factores de seguridad menores de 3 se recomiendan en cuanto sea posible para alargar la vida del cable. 2) Hallar la carga de trabajo segura para el F.S., dado que es igual a: Carga a la ruptura en toneladas / F.S. 4) Se calculan los ángulos α y θ conforme lo indican las fórmulas (17) y (18). 5) Se halla la tensión máxima en el soporte superior debida al peso del cable, esto. tensión se denomina "T debida a w" o simplemente T1 (en toneladas), como lo indica la fórmula (15) correspondientes a la figura 14. 6) Se halla la tensión máxima en el soporte superior producida por cada tonelada de carga concentrada en el punto medio, esta tensión se- denomina "T por ton. de P" o simplemente Tp (en toneladas), primer segmento de la fórmula (29). 7) Se halla la resistencia dejada para P. que es igual: carga a la ruptura menos T1 (en toneladas). 8) Se halla el P permitido o sea: (P permitido) x (T por ton. de P.) = Resistencia dejada para P. de donde: P. permitido = Resistencia dejada para P / T por ton. de P. 9) Se determina la capacidad (en toneladas) disponible para trozas que se denomina “P disponible para las trozas” y es igual al P permitido (hallado en el paso anterior) menos el peso del carro porta cargas. 38

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3 10) Se determina el volumen (en m ) dividiendo el P permitido para las trozas por el peso del metro cúbico de madera rolliza.

Cuadro 1. 4 TRANSPORTE FORESTAL CON HELICOPTEROS Y GLOBOS

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En bosques montañosos en ocasiones el costo del transporte de la madera es mayor que el valor de esa madera. En consecuencia los helicópteros y los globos han resuelto en parte ese problema, desde el punto de vista técnico y económico. A Transporte forestal con helicópteros Se han ensayado diferentes marcas y tipos de helicópteros para el transporte forestal en varios países desde 1950. La siguiente tabla muestra los diferentes helicópteros empleados en Noruega para el transporte de madera.

Cuadro 2. Los helicópteros se han usado en cortas selectivas y totales para fustes enteros y árboles completos. De acuerdo a las experiencias Soviéticas el transporte de fustes enteros en cortas totales dio el mejor resultado económico, sin embargo, por razones de estabilidad del helicóptero sería mejor transportar fustes enteros con la mitad de la copa. La distancia de transporte aceptable varía entre tres y ocho km. En Noruega la madera fue descortezada, trozada, secada al aire y apilada en paquetes adecuados para ser transportada por helicóptero a una distancia que oscilaba entre dos y cuatro km. desde la montaña hasta lagos a una diferencia de nivel de 600 m. Los costos de operación fueron aproximadamente los mismos para los tres helicópteros especificados en la tabla anterior; pero fue un poco más costoso recolectar la carga para el helicóptero de más capacidad. Para acortar el tiempo de transporte se trató de arrojar las cargas al agua a diferentes alturas (máximo 300 m). La madera no sufrió daños, cuando la carga fue soltada a menos de 10 m. Distancias y tiempos en transporte forestal con helicópteros:

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Cuadro 3. Del transporte forestal con helicópteros se puede concluir: a)

Demanda alta seguridad durante el vuelo.

b)

Alto costo por hora para la máquina.

c)

Se asegura alta producción.

d)

Baja densidad de caminos comparado con cualquier otro sistema de transporte empleado en zonas montañosas.

B Transporte forestal con globos El sistema de transporte forestal con globos puede considerarse como un desarrollo de los sistemas de cables transportadores. Hasta hoy se conocen los siguientes tres sistemas de transporte forestal con globos: •

Globo instalado en sistema de cables va y viene alto (high lead balloon) Si el globo es desacoplado del sistema mostrado en la Figura 14 y se coloca un árbol mástil, el sistema se convertiría en un high lead, excepto para la capacidad del espacio.

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Fig. 14. •

El sistema "Globo va y viene alto" (high lead balloon) ha operado hasta un espacio de 1.500 m. La longitud del cable de arrastre es la principal restricción que limita la longitud del espacio con este sistema. El globo es acoplado en la unión de la línea de arrastre y la línea de regreso por una línea de enlace que es de 150 metros aproximadamente. Las trozas son soportadas por estrobos que se acoplan a la línea de izar cuya longitud es variable. En este sistema la línea de izar limita la distancia de arrastre lateral y las trozas deben atarse (al estrobo) cerca de la polea trasera.

•

Globo instalado en cable aéreo invertido (inverted skyline balloon)

Fig. 15. 42

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Este sistema se denomina de tal manera debido a su similitud con un cable aéreo (fijo o flojo). El cable aéreo invertido se extiende del tambor de un winche hasta el extremo superior del espacio donde se ancla a un tocón. El globo es instalado en el carrete que corre a lo largo del cable aéreo invertido. Al carrete también se une un a línea principal (de arrastre) que controla el movimiento del carrete. Al cable aéreo invertido se enrolla en un tambor del winche para bajar el carrete para enganchar y desenganchar las trozas. Una ventaja de este sistema es que elimina la línea de regreso y los cables permanecen a determinada altura sobre el suelo. Otra ventaja de este sistema sobre los cables aéreos es que permite transportar madera a lo largo de perfiles convexos, donde no es posible instalar cables aéreos de espacios simples. Globo instalado en cable aéreo móvil (balloon running skyline)

Fig. 16. En este sistema la carga puede ser soportada por la tensi6n de la línea así como por el ascenso del globo. Ventajas de este sistema con respecto a un cable aéreo móvil: aumenta la distancia de transporte, opera sobre pendientes uniformes, más versátil. C Comentarios sobre los sistemas de transporte forestal no tradicionales Estos sistemas se pueden usar cuando se hayan agotado todos los recursos y ningún otro sistema tradicional pueda emplearse desde el punto de vista técnico o económico. Parece que el sistema de globos tiene mayor potencial que los helicópteros para transporte forestal en cuanto a costos se refiere. 43

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Algunas ventajas del transporte con globos: La habilidad del sistema de transportar trozas en fuertes pendientes y terreno rugoso, reduce la densidad de caminos y los costos de transporte en camiones. Se reduce a un mínimo la erosión y daños a la regeneración. El transporte se puede efectuar a lo largo de perfiles o6ncavos o convexos. El riesgo para las operaciones se reduce porque las líneas tienden siempre a subir. El árbol mástil o torre de acero se elimina. Algunas desventajas del transporte con globos: La inversión inicial es muy alta. Difícil de predecir el peso de la carga. Peligro de incendio. Los globos son susceptibles a factores atmosféricos, particularmente vientos fuertes y nieve. Se conoce poco de su uso potencial por parte de muchas organizaciones.

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OTROS SISTEMAS UTILIZADOS EN EL MUNDO

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