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Maquinaria y Equipos de Construcción Gran parte del capital de trabajo de una empresa corresponde a inversiones en equipo de construcción. La selección del equipo mas adecuado a usar en la faena debe ser, por lo tanto, motivo de un cuidadoso estudio económico comparativo entre los diversos equipos con que se puede realizar un trabajo. Además, el tipo de equipo debe ser el adecuado a la clase de trabajo asignado, especialmente en obras de movimiento de tierras.

Construcciones I [email protected] Universidad Central Facultad de Ingeniería Civil

28 [MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN]

1.Introduccion .-

1.1. Clasificación.- La maquinaria según la relación de Peso/volumen es decir según su capacidad se clasifica de la siguiente manera: Maquinaria Pesada Maquinaria de grandes proporciones geométricas comparado con vehículos livianos, tienen peso y volumetría considerada; requiere de un operador capacitado porque varía la operación según la maquinaria; se utiliza en movimientos de tierra de grandes obras de ingeniería civil y en obras de minería a cielo abierto. Ejemplos Grúas, excavadoras, tractor, etc. Maquinaria Semipesada Son maquinarias de tamaño mediano utilizados generalmente en la construcción por ejemplo: Camión volqueta, carros Cisternas o Aguateros, camiones escalera. El peso y volumen de estas unidades es mediano. Equipo Liviano Pueden ser máquinas pequeñas o equipos especializados; como: compresoras, bomba de agua, bomba de lodo, vibradoras, malacates, cortadoras de acero, rompe pavimentos, montacargas, etc. 1.2.Medidas de Seguridad.- Según el artículo 87 (Maquinaria pesada de obra) del suplemento No.00174 emitido el 10 de enero de 2008 por el Ministerio de Trabajo y Empleo del Ecuador se especifica las siguientes medidas de seguridad para el manejo de maquinaria pesada en la construcción. Precauciones generales de seguridad.- La operación de maquinaria pesada de obra será efectuada únicamente por personal calificado y autorizado con licencia para el efecto. a) Se extremarán las precauciones en el caso de que estas máquinas se utilicen para el mantenimiento y la construcción de las vías públicas: b) Se evitará dejar las máquinas estacionadas en zonas de circulación, cuando esto no sea posible se indicará la presencia de las máquinas mediante señalización adecuada, en las noches será obligatorio utilizar señales luminosas ; c) Durante el tiempo de parada de las máquinas, si están dentro de la zona de trabajo, se marcará su entorno con señales de peligro para evitar los riesgos por falta de frenos o atropello durante la puesta en marcha, d) Las medidas antes señaladas rigen también para los trabajos de mantenimiento y construcción de vías públicas; e) Se prohíbe trabajar o permanecer dentro del radio de acción de la maquinaria de movimiento de tierras para evitar atropellos o golpes; f) Se prohíbe dormir o comer a la sombra de las máquinas de movimiento de tierras. Se reforzará esta prohibición con carteles y avisos; g) Las máquinas de remoción de tierras estarán equipadas con un sistema de señalización acústica de marcha atrás; h) No se trabajará en la proximidad de las líneas eléctricas hasta que se hayan tomado las precauciones y protecciones necesarias contra contactos eléctricos; i) Se prohíbe terminantemente el transporte de personas sobre máquinas; j) No se realizarán replanteos o mediciones, ni ningún tipo de trabajo en las zonas en donde estén operando las máquinas sin antes haber sido determinado claramente el radio de acción de la máquina,

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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 29 k) Cuando un vehículo-volquete deba aproximarse a un borde de talud o corte, con el consiguiente riesgo de vuelco, se dispondrá en el suelo de cuñas u obstáculos que indiquen el límite de aproximación; l) En el caso del camión (dumper) de traslado de tierras, el obstáculo estará situado a dos metros del borde o talud; m) Se establecerá en los planos de la obra los caminos internos de esta con su necesaria señalización, que organice las direcciones obligatorias y preferenciales; n) Nunca se superará en el interior de la obra la velocidad máxima establecida para cada caso; y, o) En los casos en que la visibilidad pueda disminuir a causa del polvo producido por la circulación de las máquinas, se establecerá un sistema de riego, que sin encharcar o hacer deslizante la vía de circulación, impida la formación de polvo. Art. 88.- Dotación de seguridad en la maquinaria.- La maquinaria pesada de obra estará dotada al menos de: a) Dos focos de marcha adelante y de retroceso; b) Servofreno y freno de mano; c) Bocina y faro de retroceso; d) Un extintor en cada lado de la cabina del operador; f) Pórtico de seguridad antivuelco (ROPS) y anti-impacto (FOPS); g) Espejos retrovisores; h) Cabina ergonómica que a más de una postura correcta al operador le protejan de vibraciones, del polvo, ruido y gases de combustión; e, i) Botiquín de primeros auxilios. Art. 89.- Inspecciones preventivas.- Las máquinas serán inspeccionadas diariamente y antes de comenzar cada turno para asegurarse que el equipo y los accesorios estén en condiciones seguras de funcionamiento y libres de averías.



Fig.#21 ( Maquinaria para la construcción)





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3.Tractores con Hoja de Empuje .- Máquina para movimiento de tierra con

una gran potencia y robustez en su estructura, diseñado especialmente para el trabajo de corte (excavando) y al mismo tiempo empujando con la hoja (transporte). En esta máquina son montados diversos equipos para poder ejecutar su trabajo, además debido a su gran potencia tiene la posibilidad de empujar o apoyar a otras máquinas cuando estas lo necesiten (Ej. una motoescrepa).

Fig.#21 ( Tractor con hoja de empuje)

3.1.- Operaciones.- • Excavar(a cielo abierto en grandes dimensiones). • Acarreo en grandes dimensiones.

3.2.-Aplicaciones • Grandes excavaciones a cielo abierto • Excavación en banco de préstamo • Limpieza y desbroce • Apertura de vías • Cortar y nivelar material hacia delante del tractor. • Empuje de tierra y roca, hasta 91m, en caso de tractores grandes.

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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 31 3.2.-Tipos.- 3.2.1.-Por el sistema de traslación.- De Orugas • Su combustible mayormente es el diesel, son equipos de mayor potencia. • Chasis rígido. • Velocidades máximas de entre 7 y 15 km/h. • Potencia de entre 140 y 770 HP. • Transmisiones mecánicas. • Pesos en servicio de entre 13.5 y 68 t. • Capacidad de remontar pendientes de hasta 45˚.



Fig.#22 ( Tractor con hoja de empuje de oruga) De ruedas • Producen menos compactación en el suelo, se usan más en agronomia. • Chasís articulado con angulos de 40˚ a 45˚. • Tracción en las cuatro ruedas. • Velocidades máximas de desplazamiento entre 16 y 60 km/h. • Potencia entre 170 y 820 HP. • Transmisiones mecánicas o eléctricas. • Pesos en servicio de entre 18.5 y 96 t.





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32 [MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] Fig.#23 ( Tractor con hoja de empuje de ruedas) 3.2.2.-Por la forma en que mueve su barra.-Las hojas de empuje pueden realizar los siguientes movimientos: ! Inclinación lateral. ! Variación del ángulo de ataque de la hoja. ! Variación del ángulo de la hoja respecto de la dirección de avance. ! Elevación y descenso de la hoja.



Tildozer Elevación Angledozer Fig.#24 ( Movimientos de la hoja de empuje)

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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 33 Tipo de hoja Hoja recta Hoja angulable Hoja inclinable Hoja de elevación Corta tronco c/tope

Denominación Bulldozer Angledozer Tiltdozer Pitchdozer Cutdozer Tractor empujador

Tabla.#1 ( Tipos de hojas de empuje de tractores)

Hoja Recta.- Aconsejada para trabajos de empuje en general, especialmente en aquellos que requieren pasadas cortas o de media distancia. Es la de mayor versatilidad y capacidad para trabajos en roca. Hoja Angulable.- Diseñada para empujar el material lateralmente, para lo cual puede situarse en el bastidor de los brazos con ángulos de 25˚ a la derecha o izquierda respecto de la dirección del tractor. Fig.#25 ( Tildocer o “motoniveladora”) Hoja de Empuje Amortiguado.- Se trata de una hoja de poco ancho, lo que le otorga mayor maniobralidad al tractor en su labor de empuje. 3.2.2.-Otra clasificación según Caterpillar.- Hoja Recta.- Hoja universal o en “U”.- Usada para empuje de grandes volúmenes de material a largas distancias. Por esto la curvatura de los extremos de la hoja impulsa el material hacia el centro de la misma, disminuyendo derrames laterales.





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34 [MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] Hoja semi-universal.- Combinan la capacidad de retención de la carga de las hojas universales con la capacidad de penetración del terreno de las hojas rectas en un solo diseño de alto rendimiento. Hoja semi-universal de radio variable.- Son excelentes herramientas para el mejoramiento de tierras, conservación de suelos, desarrollo de emplazamiento de obras y construcción general. Hoja Amortiguada.-

Hoja Universal

Hoja Semi Universal

Hoja Recta

Fig.#26 ( Tipos de hoja de empuje) 3.3.-Accesorios Adicionales.- También puede contar en su parte trasera con un escarificador. Este accesorio permite excavar suelos duros que no se pueden remover con la hoja, tales como asfalto, pavimento viejo y superficies congeladas.



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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 35 Fig.#27 ( Bulldozer con escarificador)

3.4.-Transporte.- El tractor con hoja de empuje de oruga se transporta por medio del Low Boy. si esta sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede transportarse sola. Fig.#28 ( Low Boy)





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Fig.#29 ( Maquinaria pesada siendo transportada)

3.5.-Mantenimiento en la zona de trabajo.- • Colocar la máquina en terreno llano. • Bloquear las ruedas o las cadenas. • Colocar la cuchara apoyada en el suelo. Si se debe mantener la cuchara levantada se inmovilizará adecuadamente. • Desconectar la batería para impedir un arranque súbito de la máquina. • No quedarse entre las ruedas o sobre las cadenas, bajo la cuchara o el brazo. • No colocar nunca una pieza metálica encima de los bornes de la batería. • Utilizar un medidor de carga para verificar la batería. • No utilizar nunca un mechero o cerillas para ver dentro del motor. • Aprender a utilizar los extintores. • Conservar la máquina en buen estado de limpieza.

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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 37 3.6.-Estimación de la producción de los tractores. Un tractor no tiene una capacidad volumétrica determinada. No hay ningún contenedor o tolva; en su lugar, la cantidad de material que el tractor mueve depende de la cantidad que queda en frente de la cuchilla durante el avance (empuje de tierra y roca, hasta 91m, en caso de tractores grandes). Los factores que controlan las tasas de producción son tres: 1. Tipo y condiciones de material, 2. Tipo de cuchilla y 3. Tiempo del ciclo. Tipo y condiciones del material.- El tipo y las condiciones de material que se manipula afecta la forma de la masa que se empuja delante de la cuchilla. Los materiales cohesivos (arcillas) se acomodaran como una bola. Los materiales que tienen una calidad densa o que tienen un alto contenido de mica rodarán sobre el terreno y se colmarán. Los materiales sin cohesión (arenas) se conocen como materiales muertos porque no muestran propiedades de esponjamiento o copete.

Fig.#30 ( Forma de acomodo de distintitos materiales al ser empujados) Tipo de cuchilla.- Existen en general tres tipos de cuchillas para las actividades de empuje de material: recta (S), universal (U) y semi-universal (SU). Cada una de ellas, por su forma especifica, logra acomodar el material frente a ella de una determinada manera, de modo que un mismo tractor puede tener rendimientos diferentes según el tipo de cuchilla usado. Las cuchillas rectas (S) llevan el material en frente de la cuchilla, mientras que las cuchillas universales (U) y semi-universales (SU) controlan el material que se desparrama lateralmente dentro de la cuchilla. Como las cuchillas U y SU fuerzan al material a moverse hacia el centro, hay un mayor grado de esponjamiento y la cantidad de material suelto será́ mayor que en las cuchillas rectas. Pero la relación de esta diferencia no es la misma cuando se considera volumen en banco. Esto se debe a que el factor de conversión de volumen suelto a volumen en banco para las cuchillas de tipo universal (U) no es el mismo que el de las cuchillas rectas (S). El efecto envolvente de las cuchillas U o SU produce esta diferencia.



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38 [MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] El mismo tipo de cuchilla viene en diversos tamaños para un mismo tipo de tractor. La capacidad de la cuchilla entonces es una función del tipo de la cuchilla y su dimensión física. Las hojas de especificaciones de los fabricantes proporcionaran la información necesaria relacionada con las dimensiones de las cuchillas. La carga que una cuchilla llevará se puede estimar con diversos métodos: (1) por la estimación de sugerida por el fabricante, (2) por la experiencia previa (condiciones de material similar, equipo o trabajo) (3) por medidas en el campo. Para realizar un estimación de carga de que una cuchilla llevará utilizando el tercer método (de medidas en el campo) lo primero que debe hacerse es obtener la carga de una cuchilla normal, haciendo que el tractor empuje una cuchilla de carga normalizada sobre un área nivelada. El tractor se detiene, mientras que la cuchilla se mueve ligeramente hacia adelante para crear una pila simétrica. Luego el tractor regresa y se retirar de la pila, procediendo a medir la altura (H) y el ancho (W) de la pila en el borde interior de cada extremo, ası́ ́ como la mayor longitud (L) de la pila, que no necesariamente estará́ al centro, como ́ aquı́ se muestra. Como los valores H y W no serán uniformes, se puede tomar valores a ambos extremos y promediarlos. Si las medidas están en metros, la carga de la cuchilla en m3 sueltos podría calcularse con la siguiente ecuación:

𝑉 𝑚! = 0.0106 𝐻𝑊𝐿

Tiempo del ciclo.-El ciclo de un tractor para las operaciones de empuje de material se compone de tres labores: ! Empujar ! Regreso y ! Maniobras El tiempo requerido para empujar y regresar puede calcularse para cada modelo de tractor, considerando las distancias de empuje y obteniendo una velocidad de la carta de desempeño de la máquina. El tiempo será́ el resultado de la división de la distancia entre la velocidad. Algunas cartas ofrecen el tiempo directamente, ingresando con la distancia.



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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 39 El tractoreo se realiza generalmente a una velocidad baja, entre 2.4 a 3.2 Km/h. La velocidad de retorno es la máxima que puede lograrse en la distancia disponible. Cuando se usan las cartas de desempeño para determinar las velocidades posibles, hay que recordar que las cartas identifican la máxima velocidad instantánea. Para calcular la duración del ciclo se debe usar una velocidad promedio que tome en cuenta el tiempo requerido para acelerar hasta la velocidad que indica la carta. Generalmente el operador no puede activar la maquina después del segundo cambio en el caso de distancias menores de 91 m. Si la distancia es mayor que 91 m. y el terreno está nivelado, es posible conseguir la máxima velocidad. El tiempo de maniobras para hacer los cambios en los tractores es de alrededor de 0.05 min. Producción.- La fórmula para calcular la producción de tractor en metros cúbicos por una hora de 60 minutos es la siguiente:



𝑉 𝑃= 𝑇! + 𝑇! + 𝑇!

Donde: P es la producción de la máquina. V es la capacidad de la cuchilla. TE es el tiempo de empuje. TR es el tiempo de retorno. TM es el tiempo de maniobras. Esta producción se basa en un trabajo continuo durante una hora de 60 minutos, que sería una condición ideal. Sin embargo, la eficiencia del trabajo se verá afectada por la buena dirección en el campo, las condiciones del equipo y la dificultad misma de las labores. La eficiencia de una operación se cuenta reduciendo el número de minutos que realmente se trabaja en una hora. El factor de eficiencia se expresa entonces como minutos de trabajo en una hora, por ejemplo, 50 minutos por hora o un factor de eficiencia de 0.83 (50/60 min). También existen fórmulas para calcular la producción, desarrolladas por los fabricantes, basadas en la potencia del tractor y la distancia de empuje. Otros fabricantes han desarrollado además curvas de producción, que proporcionan el máximo volumen de material suelto que puede mover en una hora, en condiciones ideales, de acuerdo al modelo y la distancia de empuje. Existen condiciones particulares que pueden favorecer la producción, como el trabajo de dos tractores lado a lado . Con esta disposición, las dos cuchillas compensan la perdida de material hacia los costados, incrementando la producción entre un 15% a un 25%.



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40 [MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 3.7.-Limitaciones de los tractores.- El peso y la potencia disponible de la máquina determinan su capacidad de empuje. Ningún tractor puede aplicar más empuje en kg que el peso de la máquina y que la fuerza máxima que suministre el tren de fuerza. Ciertas características del terreno y las condiciones del suelo en la obra, limitan la capacidad del tractor para utilizar su peso y potencia. Arenas, gravas, limos, tierra vegetal, arcillas medias con Clasificación I más o menos agua, escombros de rocas. Estos terrenos Suelos Sueltos o no necesitan preparación preliminar para ser excavados Semi-Compactados por las máquinas. Pueden ser extraídos o excavados con relativa facilidad por Topadoras frontales, Excavadora Universal, de baja o media potencia. Arcillas duras, roca marga, roca blanda calizo-arcillosa, masas de roca altamente fisuradas o estratificadas y roca fragmentadas producto de explosivos. Estos suelos necesita con frecuencia una disgregación previa mediante escarificador. Pueden se excavados por equipos de medias o grandes potencias (más de 80 Hp). Roca caliza, pizarra, conglomerados, masa de roca medianamente estratificada, rocas muy alteras y minerales blandos. Pueden ser excavados por equipos o máquinas de potencia intermedia (más de 140 Hp) para los trabajos convencionales necesitarían siempre de una disgregación previa mediante escarificadores pesados o el uso de explosivos de débil potencia. Rocas calizas o silíceas, rocas ígneas y metamórficas y masas de rocas poco alteras, cuarcita y la mayoría de los minerales (los de poca densidad). Solo pueden ser excavadas por procedimientos mecánicos con maquinas especialmente diseñadas para cada caso. Los explosivos que se usen deben ser de potencia media. Rocas ígneas no alteradas como granito, la diorita, diabasa, rocas metamórficas duras, minerales densos silíceos, magnetita, etc. Solo pueden ser extraídos por procedimientos mecánicos altamente especializados y máquinas especialmente diseñadas. Se usa explosivos de alta potencia.

Clasificación II Suelos Compactos o Roca Blanda Clasificación III Roca de dureza Media

Clasificación IV Roca Dura

Clasificación V Roca muy Dura

Tabla.#2

( Clasificación de materiales por su naturaleza y su comportamiento al ser excavados.)



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[MAQUINARIA Y EQUIPOS DE CONSTRUCCIÓN] 41 Unidad de obra

Tipo de Hoja

Clase

Observaciones.

Hidráulico



Más de 140

Inclinable y angulable Fija, angulable o inclinable

todos

Los tres

Clasificación II

Más de 80

Clasificación III

Más de 140

Clasificación IV

Hasta 180

Clasificación V

Hasta 180

Acarreo

Todas las clasificaciones.

100 a 160

Inclinable o angulable Inclinable o angulable Inclinable o angulable Inclinable o angulable Fija o Inclinable

Riego extendido

Sueltos

80 a 140

Angulable

Rotación con escarificadores pesados

Clasificación I, II y III

Si es remolcado más de 100

_

Desbroce y Desmonte (incluyendo derribo de árboles) Excavación (incluye apertura de cunetas y canales)

Clase de Material Hierba, malezas, arbustos. Arboles