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• Carlos Rodríguez Sanchez

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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS EN TOPOGRAFÍA, GEODESIA Y CARTOGRAFÍA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

TEMA 1 MAQUINARIA

TEMA 1. MAQUINARIA

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ÍNDICE 1.

Introducción

2.

Maquinaria de uso general

3.

Maquinaria de movimiento de tierras

4.

Maquinaria para manipulado y puesta en obra de hormigón

5.

Maquinaria de ejecución vías férreas

6.

Maquinaria para obras subterráneas

BIBLIOGRAFÍA

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1.

Introducción

Las máquinas son elementos capaces de generar energía o de aplicar una fuerza. La construcción moderna no se entiende sin el uso de la maquinaria. En el caso de los países desarrollados, la maquinaria ha sustituido en bastante medida al uso de medios humanos. Los factores que justifican la necesidad del uso de maquinaria son: •

Reducción de esfuerzos. Las máquinas simples se utilizan desde las primeras civilizaciones, pero es a partir de la revolución industrial (mediados del siglo XVIII) cuando se generaliza el empleo de estos ingenios

que evitan a los hombres los trabajos más penosos y

complejos. Evidentemente, la sustitución nunca es completa y existen muchas unidades de obra que precisan ser ejecutadas sin el auxilio de maquinaria. •

Obligatoriedad normativa. La construcción en los últimos dos siglos ha multiplicado su actividad a la par que, en los países más avanzados, crece una legislación que vela por la seguridad y salud de los trabajadores. Si se quiere mantener la actividad sin perjudicar a los trabajadores es necesario emplear máquinas que eviten riesgos y aseguren rendimientos.

•

Aseguramiento de plazos. Las obras son cada vez más complejas y precisan consecuentemente de medios más específicos en cada caso. Sin el auxilio de máquinas adecuadas, muchas obras

serían

inconstruibles tal y como fueron diseñadas y sin que exista una alternativa más clásica que solvente el problema. •

Rendimientos y costes. En un mundo de alta competencia, la única manera de alcanzar objetivos con coste razonable es el uso intensivo de maquinaria. No existen esclavos sin sueldo como en el antiguo Egipto sino trabajadores cualificados con derechos.

Cuantas razones se han expuesto reflejan algo conocido como es la necesidad creciente del uso de maquinaria, pero las máquinas no suponen una panacea. Las máquinas son instrumentos específicos para determinados trabajos, utilizadas en trabajos distintos a aquellos para los que fueron diseñadas supone un sobrecoste enorme. Debe considerarse además que, cuanto más específica es una máquina mayor es su rendimiento y su coste de adquisición. TEMA 1. MAQUINARIA

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Esta doble dificultad la solventan las constructoras reduciendo su parque de maquinaria y aprovechando

compañías de menor dimensión pero muy

especialistas en determinadas unidades de obra. Resulta cada vez más habitual que las grandes constructoras no tengan prácticamente maquinaria en propiedad, la que necesitan la alquilan o la subcontratan. Esta situación es general salvo en lo que respecta a las mayores maquinas de construcción que por su elevado precio necesitan ser adquiridas por compañías muy grandes, caso de las máquinas tuneladoras. Salvo esos casos, las compañías especializadas surten de maquinaria a todas las obras en ejecución. En estas condiciones las constructoras mayores se distinguen de otras más pequeñas en su capacidad financiera y la abundancia de medios humanos de alta cualificación, pero ya no aportan un gran parque de maquinaria propia que garantizó la ejecución de las obras más importantes en España desde 1950. Luego el enfoque actual de utilización de maquinaria pasa por un análisis preciso de la obra a ejecutar, tanto en volúmenes de las distintas unidades, compatibilidad entre las mismas (aprovechamiento interno de las tierras excavadas por ejemplo) y plazos previstos. Para el propietario de la maquinaria sus factores son de demanda de servicios, amortización y depreciación de activos, costes de operación y mantenimiento. Es obvio que la rentabilidad máxima se consigue con una utilización eficiente y constante de la maquinaria adquirida.

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2.

Maquinaria de uso general

Son las máquinas de uso común que se utilizan en la mayoría de las obras, independientemente del objeto de las mismas. Entre ellas están las de generación de energía (eléctrica o neumática) y las auxiliares de obra. Repasaremos alguna de las más usuales. 2.1.

Grupo electrógeno

Es una máquina que genera energía eléctrica a partir de un motor de combustión. El combustible puede ser gasolina (grupos pequeños) o gasoil. Se clasifican por la potencia que son capaces de generar, normalmente expresada en kVA (kilovoltiamperio). Los grupos pequeños dan 5kVA, aptos para un puesto de venta ambulante y los grandes miles de kVA, utilizados como sistema de emergencia en edificios de uso público. En obras es raro disponer de grupos de más de 700kVA de potencia, aunque siempre será función de los equipos que se deseen

conectar.

Normalmente

su

tensión de salida es estándar 220/380V. Es necesario saber su consumo de combustible para mantenerlos abastecidos.

2.2.

Compresor

Son máquinas que generan un caudal de aire a presión. Para ello precisan de una fuente de energía que puede ser un motor de explosión o corriente eléctrica, bien de la red, bien producida por un grupo electrógeno. Se clasifican por el caudal que son capaces de producir,

entre

50l/min

para

compresores

domésticos para pintura y 18.000l/min para proyectar hormigón en gunitados. También son

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capaces de generar distintas presiones en el aire comprimido, oscilando habitualmente entre 7-15Bar. Los usos de los compresores son variados en construcción, pintura, vibrador neumático de hormigón, martillo chorreo,

neumático,

unidades

proyección

de

yeso

de u

hormigón, entre otros.

2.3.

Martillo neumático

Elemento alimentado por aire a presión y que se utiliza para picar materiales de dureza media-alta. Existen distintos modelos de martillo en función de su peso,

manejabilidad

y

forma en que realizan la función rompedora. •

Picador, son los más sencillos. Acaban en una punta con forma de cincel y rompen por percusión. Son

manejables

en

cualquier

dirección dado que su peso no suele llegar a 10kg. •

Rompedor, son más potentes y pesados. Consumen más caudal y sólo se usan en posición vertical. Son los que se usan en picado de aceras y calzadas. Su

peso llega a 30kg. •

Perforador, rompen por percusión y rotación. Suelen terminar en una boca dentada para cortar. Consumen más aire que los anteriores

aunque

no

suelen

pesar

tanto

como

los

rompedores. TEMA 1. MAQUINARIA

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Un martillo de uso manual suele consumir entre 1.100 y 2.500l/min de aire Cuando se requiere más potencia, se acopla el martillo a una máquina de obra pública. Habitualmente a una Mixta o una Retroexcavadora

2.4.

Bomba sumergible Son máquinas que sirven para extraer agua. Tienen la ventaja de que se introducen en la zona que se pretende agotar con lo que evitan el riesgo de funcionar en depresión, disponen de un flotador para parada automática si se agota el fluido bombeado. Son capaces de bombear agua limpia y agua residual con sólidos. Su

funcionamiento

precisa de un motor eléctrico estanco que acciona una hélice que transmite presión al agua y con esa presión salva el desnivel geométrico hasta el punto de desagüe. Dos son los datos fundamentales para elegir la bomba adecuada en cada caso, el caudal que se desea bombear y la altura manométrica a la que debe ser bombeado. En el gráfico adjunto se aprecia que para una misma bomba es posible bombear un caudal menor a mayor altura y viceversa. Se clasifican por caudales y alturas. Los caudales oscilan entre 650 y 10.000l/min, a alturas entre 10 y

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90m. Estas bombas tienen un peso entre 10 y 300kg.

2.5.

Bomba centrifuga

Son bombas que funcionan fuera del fluido que bombean, tienen una toma de aspiración y otra de expulsión, por tanto, existe el riesgo de que se produzcan depresiones a la entrada de la bomba y, para evitarlas, se limita la altura de aspiración en teoría a 10m y a efectos prácticos a 7m. Son más eficientes que las bombas sumergidas y su mantenimiento es más barato y sencillo. Como cualquier bomba, tienen una potencia nominal y una curva de potencia

que

combina

alturas

y

caudales. Las más pequeñas tienen potencias de 0,3CV para una depuradora de piscina particular, y las mayores llegan a impulsar caudales de 50m3/h a alturas de más de 400m.

2.6.

Grupos de soldadura

Son equipos para el montaje de piezas metálicas por fusión, en muchos casos con adición de material. Los equipos de soldadura más

habituales

son

eléctricos o autógenos. La

soldadura

eléctrica

funde los electrodos por el paso de una corriente que puede

ser

continua

o

alterna. Disponen de una

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pistola que sujeta el electrodo y una pinza que se conecta a tierra para cerrar el circuito. Las

soldaduras

autógenas

disponen

de

dos

bombonas, una de oxígeno y otra de un combustible, normalmente, acetileno. De la combinación de ambos fluidos se produce una llama con temperatura de hasta 3000ºC que funde el material de las piezas sin precisar aporte de material adicional. Su manejo es más peligroso y dispone de varios sistemas de seguridad para evitar la explosión de las bombonas, tales como válvulas de cierre, de descarga y antirretorno.

2.7.

Grúa pluma

Las grúas son máquinas que sirven para elevar cargas. Disponen de un mecanismo de polea, cables de acero que se enrollan en un cabestrante y un motor eléctrico que lo acciona. En su extremo disponen de un gancho. Una grúa pluma suele disponer de un brazo articulado para las de pequeño tamaño, como las montadas detrás de la caja de un camión. Son capaces de levantar hasta 2.000kg y su alcance llega a 5m. Para el manejo de la grúa se estabiliza la plataforma del camión con apoyos laterales. Para el manejo de grandes cargas se utilizan grúas sobre camiones de transporte especial, grúas autopropulsadas. Con estas grúas se levantan cargas de hasta 500T y se cubren distancias de hasta 100m. Evidentemente cada grúa tiene unas distancias y cargas admisibles. Cuanto mayor es la distancia, mayor es el brazo de palanca y menor la carga que pueden acarrear. En construcción su uso es habitual para la colocación de vigas prefabricadas, entre otras. TEMA 1. MAQUINARIA

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2.8.

Grúas torre

Son grúas de uso habitual en la construcción de edificios. Sus tres movimientos característicos son de elevación, traslación y giro. En ocasiones, toda la grúa se desplaza por raíles.

El esquema de una grúa torre se aprecia en la figura. Suelen admitir cargas de hasta 4T o menores dependiendo del alcance. Los distintos sistemas de motores, poleas y cables permiten el alzado y traslación de la carga, mientras que para el giro se suele utilizar un motor mecánico con corona dentada Tiene limitadores de recorrido, de carga y de giro, éstos últimos para evitar pasar la carga sobre zonas no seguras.

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3.

Maquinaria de movimiento de tierras

Son distintos grupos de máquinas que realizan las funciones de excavación, arranque, carga, transporte, extendido, nivelación y compactación. 3.1.

Consideraciones generales

La construcción de obra pública implica la obligación de adaptar el terreno sobre el que se construye a las características propias de la obra construida, que responden a exigencias técnicas y geométricas. En este proceso es necesario excavar terreno, operación también conocida como desmonte y

rellenar con terreno, que se conoce como terraplén. Es necesario desmontar siempre que nuestra obra discurra por debajo de la cota de terreno existente o cuando la calidad del terreno existente se inadecuada para soportar nuestra obra. Es necesario terraplenar todo el espacio entre nuestro firme y el terreno existente una vez saneado salvo que nuestra obra discurra en estructura (puentes o viaductos). Cualquier terreno, antes de ser excavado, ocupa un volumen que se conoce como natural, aparente o “en banco”. Es el que corresponde a la composición y origen geotécnico que le corresponda. Este terreno natural tendrá una densidad que se denomina dB, densidad natural o densidad en banco.

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Cuando se excava, el terreno se esponja siempre, es decir, aumenta su volumen y, por tanto, su densidad baja. Este esponjamiento es mayor en rocas que en suelos. La densidad del material excavado es dL. Al cociente dL/ dB se le conoce como factor de esponjamiento (FW) y siempre es menor a la unidad. Al incremento de volumen en tanto por ciento se le conoce como esponjamiento (SW). El material excavado puede ser adecuado para su uso en terraplén o puede no serlo. Si no lo fuese se trasladaría a un vertedero, circunstancia cada vez más esporádica porque se intenta aprovechar todo el material excavado en la propia obra por motivos medioambientales, aun a costa de tener que mejorar el material. Si es adecuado o se puede reutilizar mejorándolo se transporta a su lugar de empleo, se vierte por capas, conocidas como tongadas, y se compacta para mejorar su capacidad portante e impermeabilidad. El material compactado tendrá una densidad dC. Esta densidad puede ser mayor o menor que la natural (normalmente es menor). Al cociente dC/dB se le conoce como factor de consolidación, Fh. Al incremento o reducción de volumen una vez compactado frente al que ocupaba el terreno natural, en tanto por ciento, se le conoce como consolidación, Sh. La tabla a continuación muestra el valor de estos coeficientes para materiales de uso común. MATERIAL

dB(kg/m3)

dL

SW (%)

FW

Sh

Arcilla húmeda

1.780

1.305

35

0,74

-25

Tierra seca

1.660

1.325

25

0,80

-20

Tierra con grava

1.895

1.575

20

0,83

-10

Grava húmeda

2.020

1.765

14

0,88

-14

Roca

2.490

1.565

60

0,63

-

Arena húmeda

1.600

1.400

15

0,87

-17

Las máquinas que veremos a continuación sirven para movimiento de tierras. Se han agrupado en los siguientes grupos: -

Máquinas que excavan a la par que se desplazan (bulldozer, palas, traíllas)

-

Máquinas que excavan desde posición fija (excavadoras, dragas)

-

Máquinas de nivelación y refino (niveladoras)

-

Máquinas de transporte (dumper y camión)

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-

Maquinaria de compactación

La maquinaría específica para obras subterráneas se verá en un apartado particular. Por supuesto, existen más sistemas de excavación, como los explosivos, dardo de agua, lanza térmica, entre otros, que exceden del alcance del presente curso. La elección de la maquinaria adecuada para la ejecución de cada obra depende, además del criterio de máquinas disponibles, de la constitución, cohesión, humedad y grado de compactación previa del material a excavar. 3.2. 3.2.1.

Maquinaria que excava desplazándose Bulldozer

El bulldozer o tractor es una máquina potente que se desplaza sobre cadenas y que consta de un equipo de empuje y corte delantero y un equipo de escarificación trasero. El motor de un bulldozer es proporcional a su tamaño. Normalmente

tiene

una

potencia en CV de 8-10 veces el peso en toneladas. Los más grandes manejan

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motores de 900CV (D11, 113T de peso). El motor transmite su potencia a una rueda dentada denominada rueda cabilla. El resto del tren de rodaje está formado por rodillos que transmiten el peso de la máquina a la cadena de eslabones de acero. Como cualquier máquina que se desplaza sobre cadenas, al tener mucho contacto con el terreno, tiene mucha tracción y una carga unitaria pequeña. Las máquinas de cadenas giran por inversión de marcha sobre si mismas. Rueda cabilla en un D11

Imagen del tren de rodaje de un bulldozer

Para soportar el tren de rodaje, el motor y los elementos de empuje, el bulldozer cuenta con un chasis rígido muy sólido, lo que dota a la máquina de una configuración muy robusta. El mecanismo de empuje lo forma una hoja de acero bastante plana sujeta por dos potentes largeros al chasis. El manejo de la hoja se realiza mediante cilindros hidráulicos que permiten variar la elevación de la hoja, su ángulo de incidencia e, incluso, un movimiento de “tilt” que es una inclinación transversal de la hoja respecto al plano de apoyo de la máquina.

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Su sistema de trabajo es clavar la hoja y arrancar una capa de terreno, que se va acumulando en la misma hoja. Cuando la hoja está llena, se levanta hasta enrasarla con el terreno y puede transportar el material excavado. La distancia de acarreo es siempre muy pequeña, máximo de 60 m. Los bulldozer tienen en su parte trasera un ripper o desgarrador que funciona como un arado rompiendo suelos duros y rocas blandas para su posterior excavación. El ripper puede descender paralelo al apoyo de la máquina o girando desde su entronque. Su manejo se realiza mediante la acción de cilindros hidráulicos. En ocasiones se pueden acoplar mecanismos especiales, tanto a nivel del equipo de trabajo (hojas en V, de gran dimensión, ripper triple) como a nivel

de

tracción

(neumáticos

o

ruedas de pies pata de cabra)

3.2.2. Palas sobre orugas

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Una pala cargadora está equipada con un motor diesel y un tren de rodaje relativamente similar al de un bulldozer. Pero son máquinas sustancialmente más ligeras. Las mayores tienen potencias de menos de 300CV y pesos de menos de 30T. Su capacidad de la cuchara delantera, que cubre todo el frente de la máquina, no suele superar los 3 m3. El

equipo

de

trabajo

lo

componen unos sólidos brazos de elevación que giran mediante cilindros

hidráulicos,

mecanismo

de

volteo

un que

permite cambiar la orientación de

la

cuchara,

también

de

accionamiento hidráulico y la cuchara de acero con dientes intercambiables en su borde inferior.

El sistema de trabajo de una pala consiste en un proceso de empuje, carga,

elevación, transporte y vertido. No es una máquina potente, luego no es capaz de excavar terrenos muy consolidados, normalmente carga terreno excavado por otras máquinas. Una

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vez llena su cuchara, la levanta y da marcha atrás con la cuchara llena levantada. Un camión se puede situar delante para recibir la carga o se puede situar en un lado y es la pala la que, haciendo un giro en V, avanza hasta el camión para verter la carga. La situación de la cuchara llena elevada es la más limitante en la operación de la máquina por el elevado momento volcador que ocasiona. Estas máquinas suelen tener limitada la carga máxima operacional, la que le permite transportarla en cualquier terreno, y que viene a ser la mitad de la carga máxima que sería capaz de levantar la pala con su peso y los sistemas hidráulicos con los que se la dota.

3.2.3. Palas sobre neumáticos

Su tren de rodaje lo forman cuatro ruedas motrices (se aprecia que son de igual tamaño) y suele estar dotada de diferencial autoblocante que deriva la potencia hacia la rueda con mejor tracción. Su equipo de trabajo es idéntico al de una pala sobre orugas. En ocasiones tienen chasis articulado, aunque normalmente es rígido. Lo que la distingue de las palas sobre orugas es su tamaño y, por consiguiente, su potencia y su capacidad de carga. Es la máquina más utilizada para carga de material suelto o de baja cohesión, de ahí su empleo masivo para obra

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pública y minería. De hecho, las mayores palas se encuentran adscritas a trabajos mineros. Pala cargadora con cuchara de 39 m3 de capacidad

Para obra pública se manejan palas hasta de potencia 1.500CV para un peso de 215T.

La tracción sobre neumáticos le proporciona mucha más capacidad y velocidad de maniobra. Si el terreno lo requiere, los neumáticos se protegen con cadenas.

Todas estas máquinas cuentan con sistemas automáticos de nivelación de la cuchara para evitar derrame de la carga. La cuchara es de vertido y carga frontal. Las distancias óptimas de trabajo rara vez superan los 100 m.

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3.2.4. Traíllas

Una traílla es una máquina que consta de una cabeza tractora y una caja remolcada que contiene todos los elementos del equipo de trabajo. La cabeza consta de un eje con dos ruedas motrices y no puede circular por si misma, aunque existen modelos con dos ejes y menor maniobrabilidad. En ocasiones, sobre todo para labores agrícolas, la caja de la traílla, la remonta un tractor. La potencia del motor oscila entre 150 y 550CV, permitiendo a la máquina alcanzar velocidades de hasta 60km/h y cargas de hasta 40 m3. Existen modelos non un segundo motor situado detrás de la caja (pull&push scraper), con una potencia de hasta 400CV.

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Prácticamente todos los elementos del

equipo

de

trabajo

se

concentran en la unión entre la cabeza tractora y la caja, conocida como cuello de cisne. Existen tres sistemas hidráulicos en esta zona. Unos cilindros horizontales para permitir el cambio de dirección, unos cilindros verticales que suben y bajan la caja. Por último, una pieza

curva

conocida

como

balancín abre y cierra la compuerta de la caja. El último cilindro se sitúa en la parte posterior de la caja y mueve una compuerta que expulsa el material de la caja. El sistema de funcionamiento consiste en bajar la caja de manera que la cuchilla en la que termina su fondo plano rebana un filete de la capa superior del terreno hasta llenar la caja. Una vez llena, se eleva a la par que cierra la compuerta, con la caja elevada se transporta hasta el lugar de vertido. Una vez allí, se abre la compuerta y el cilindro eyector expulsa el material de la caja. Las traíllas no son máquinas tan potentes como para poder cortar cualquier tipo de material. En cuanto el material es algo competente, es necesario utilizar traíllas de doble motor. Es también habitual, complementar la tracción de la traílla con el empuje de un bulldozer posterior. Las traíllas son máquinas de circulación exclusiva para zonas de obra y sus distancias óptimas de acarreo llegan a 1.500/2.000m.

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3.3.

Máquinas excavadoras de posición fija

Estas máquinas disponen de un tren de rodaje para su desplazamiento, pero están paradas cuando excavan, por lo que no aprovechan el impulso que les da e movimiento a la hora de realizar su función y todo el esfuerzo proviene de los sistemas hidráulicos con los que están dotadas. 3.3.1.

Excavadora hidráulica

Son máquinas que, habitualmente, están dotadas de un tren de rodaje sobre orugas, similar al que hemos visto para otras máquinas, aunque en ocasiones, su tren de rodaje sea sobre neumáticos. En este último caso, es necesario que la máquina se afiance sobre soportes que se extienden desde el cuerpo principal de la máquina para dotarla de estabilidad. Es una máquina muy versátil, que excava frontalmente, excava en posición retro (la cuchara con los dientes hacia el cuerpo de la máquina), admite otros útiles, como martillo perforador, brazo telescópico y diferentes tipos de cucharas.

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Excavadora hidráulica sobre neumáticos para manejo de materiales

Son máquinas de alta potencia de excavación, llegando las mayores a potencias de 1300CV. Estas máquinas enormes tienen usos mineros. Toda la máquina se une al tren de rodaje mediante un chasis que permite el giro de todo el cuerpo de la máquina 360º. Su equipo de trabajo consta de tres partes, pluma, brazo y cuchara. La pluma puede ser monobloque o articulada. La pluma monobloque es más habitual, es más sólida y dispone de un sistema hidráulico menos, lo que la hace preferible en espacios abiertos. La pluma de triple articulación es más versátil,

más

maniobrable

en

espacios

verticales o ámbitos reducidos Excavadora de pluma triple articulación

El brazo siempre está articulado y sujeta la cuchara. La cuchara varía en función del sistema de trabajo de la máquina. La cuchara convencional se emplea en máquinas trabajando como retro ya que aplica potencia máxima en los dientes y el vertido de la carga es más sencillo. Suelen estar dotadas de sistemas de nivelación automática que evitan pérdida de carga y sistemas de ataque en paralelo. Las cucharas de mayor dimensión tienen capacidad de 14 m3. Si la máquina excava hacia adelante, es habitual que emplee una cauchara de vertido vertical de la carga mediante la apertura de una parte de la propia

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cuchara con un nuevo sistema hidráulico, son conocidas como cucharas 4 en 1. Ocasionalmente se utiliza cuchara convencional, pero se complica sus sistema de trabajo.

Excavadora hidráulica de empuje frontal y cuchara 4 en 1

Además existen múltiples accesorios compatibles con una máquina excavadora hidráulica, como puede ser un brazo telescópico finalizado en una cuchara bivalva. Los alcances de estos mecanismos son elevados pero la potencia de excavación es pequeña. Otros equipos acoplables pueden ser garfios de manejo de material, martillo rompedor, cizallas para corte de piezas de hormigón, ganchos para acarreo de cargas, entre otros. Trabajando

en

funciones

de

excavación,

es

preferible que el sistema de acarreo (camión, dumper) se sitúe en el mismo plano cuando la excavación es frontal, mientras que se suele conseguir mayor rendimiento si el plano de apoyo del camión es inferior cuando se trabaja como retro, pero no siempre es posible esta situación.

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3.3.2.

Excavadora de cables

Son máquinas que trabajan desde una posición fija, aunque , en ocasiones, disponen de un sistema de transporte autónomo, normalmente mediante orugas. Los sistemas de excavación se manejan mediante cables de acero. Estos cables se controlan desde cabestrantes accionados por motores eléctricos, que permiten recoger y soltar cable. Cualquier mecanismo controlable de este modo es susceptible de acoplarse a la máquina.

Los

más

habituales

son

los

cangilones para labores de dragado, cucharas bivalvas para excavación vertical y sistemas de

grúa.

Las

máquinas

tienen

buena

capacidad de carga, pero no son capaces de desarrollar

trabajos

que

exijan

mucha

potencia, por lo que suelen estar indicadas para terrenos poco consistentes.

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Para terrenos más compactos se suele utilizar una cuchara de empuje frontal, descarga 4 en 1, articulada en un brazo pivotante en un brazo principal accionado por cables independientes.

Las excavadoras de cables son también conocidas como máquinas universales, debido a la gran variedad de mecanismos que pueden ser accionados mediante tracción con cables. Su uso fundamental como excavadora, ya sea de empuje frontal o como retro se define en trabajos mineros. Para obra civil es más habitual utilizar estas excavadores como dragalinas para la carga y extracción de material suelto tanto en terreno seco como inundado para draga de ríos y embalses. En esta función, es importante combinar los alcances máximos con las cargas adecuadas. Es evidente que, cuanto más horizontal esté el brazo de la dragalina, mayor es el momento generado en la cabeza de la máquina.

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Tabla de cargas máximas y alcances Draga Caterpillar 8200

En canteras y plantas de suministro de áridos, es posible encontrar dragas fijas, conocidas como scrapers que cubren un área con ayuda de poleas y caballetes posteriores

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3.3.3.

Zanjadoras

Son máquinas capaces de excavar una sección rectangular de forma continua a lo largo de una línea. Algunas de las mayores máquinas de movimiento de tierras del mundo pertenecen a esta clase (ver imagen superior). Son máquinas muy eficientes que consiguen una excavación continua y uniforme, por lo que su rendimiento es muy alto, pero no valen para nada más. Algunas utilizan una rueda de cangilones con salida de material trasera, otras son de eje inclinable y salida lateral y las hay manuales para trabajos de pequeña canalización en jardinería y abastecimiento.

Zanjadora de eje inclinable

Zanjadora manual

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3.3.4.

Retroexcavadora mixta Son máquinas pequeñas, equipadas con un motor diesel de hasta 100CV. Habitualmente sólo tienen tracción en dos ruedas, que suelen ser de mayor tamaño y son de chasis rígido, aunque existen modelos articulados. Es una máquina de presencia habitual

en cualquier obra porque combina una pala frontal con una excavadora retro trasera. Además, el equipo retro permite acoplar cualquiera de los utensilios citados

para

las

grandes

excavadoras

hidráulicas,

como

martillos,

compactadores, varios tipos de cuchara, etc.

Como son máquinas pequeñas y valen para muchos trabajos, se convierten en máquinas auxiliares de mucho uso, pero no es una máquina que presente un buen rendimiento para ninguno de los trabajos más habituales.

3.4.

Motoniveladora

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Son máquinas que se utilizan para distribuir y alinear material excavado y vertido por otras máquinas, consiguiendo capas de espesor uniforme y con el talud adecuado. Para ello suelen disponer de un chasis articulado lo que disminuye su radio de giro y aumenta su precisión. En la parte posterior está situado el motor diesel que transmite su potencia a un tándem o conjunto de dos pares de ruedas. En

la

parte

delantera se sitúa la barra de tiro que está articulada con la

cabina

y

apoyada en dos ruedas delanteras que

sirven

para

dirigir la máquina. Estas delanteras

ruedas son

inclinables en un plano perpendicular al apoyo contrarrestando efecto de desvío que provoca la cuchilla, además de servir para graduar la altura de corte. El equipo de trabajo de una motoniveladora lo forman tres elementos, la barra de tiro, la corona y la hoja vertedera. La barra de tiro es rígida, se apoya en la cabina y en las ruedas delanteras y sujeta la corona mediante cilindros hidráulicos, con forma de A, T o Y. Con estos cilindros se consigue girar la corona y con ella la cuchilla, hasta 90º entorno a la barra de tiro, además de subir y bajar el conjunto Cilindros para sujeción y movimiento de la corona

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La corona sujeta la hoja vertedera y permite sus movimientos tanto de giro como de desplazamiento transversal, para lo que cuenta con mecanismos hidráulicos. La hoja vertedera está situada en el centro entre el eje delantero y el centro del eje trasero y cuelga de la corona. Admite seis movimientos: •

Elevación respecto al suelo

•

Giro horizontal, indica el frente que presenta la cuchilla al avance de la máquina, para tareas de nivelación en terrenos sueltos, este ángulo es de 90º, es decir, perpendicular a la máquina, mientras que en terrenos duros sería de 45º y para trabajos en general de 60º.

•

Variación en el ángulo de ataque. Con ángulos, desde el suelo, pequeños (30º) se consigue arrancar material de la capa superior, mientras que para nivelación se emplean ángulos de 55-70º. •

Movimiento

lateral

respecto a la corona que permite

que

toda

la

cuchilla se sitúe a uno u otro lado de la misma, aunque

habitualmente

esté centrada. •

Inclinación

de

los

extremos de la hoja, de manera

que

el

área

barrida consiga un plano distinto al apoyo. •

Movimiento de la corona fuera de la máquina para perfilado

de

taludes

laterales

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Esta

máquina

admite

tantas

combinaciones que llega el caso de

trabajar

con

la

cuchilla

completamente fuera de la zona conde ruedan las ruedas motrices, es decir, con la barra de tiro inclinada en planta respecto al sentido de avance, preservando la calidad del talud obtenido Adicionalmente, aunque su uso principal es nivelar, admite que se le acoplen distintos elementos, como pueden ser, escarificador trasero,

cuchilla

zanjadora,

empujador

frontal, traílla remolcada, entre otros.

3.5.

Equipos de transporte. Volquetes, camiones y dumpers.

Hemos visto hasta ahora máquinas que arrancan, excavan y cargan material y, aunque en algún caso pueden realizar el transporte del mismo a distancias cortas o medias, habitualmente se precisa de maquinaria específica al efecto. En las obras se pueden llegar a ver varios vehículos capaces de transportar tierras con características y capacidades distintas. El menor de ellos es el volquete. Son vehículos

de

tracción

delantera

y

dirección trasera. Su capacidad está entre 0,5-2 m3. Son vehículos de obra y su maniobrabilidad es pequeña, no son aptos para distancias largas. Un sistema hidráulico permite el volcado de la

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carga, habitualmente hacia adelante, aunque existen modelos de volcado lateral. El vehículo más utilizado para transportes a larga distancia y siempre que se exija que el transporte salga del ámbito de una obra es el camión. En obras

se

utilizan

dos

tipos

de

camiones, uno es un camión volquete monobloque, con caja de acero y capacidad en el entorno de 14 m3. Camión volquete

Otro es un camión tráiler, que consta de una cabeza tractora y un remolque. Son conocidos como bañeras y su capacidad está en 24 m3. Su ventaja estriba

Bañera para transporte de tierras

en que la cabeza tractora vale para transportar muchos más tipos de remolque. En algunas obras se utilizan vehículos específicos no aptos para circular por carreteras convencionales como son los dumper articulados, también

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conocidos como camiones lagarto. Su capacidad es de 20-25 m3 y son sustancialmente más robustos que un camión. Otro vehículo completamente distinto es el dumper. Es un vehículo de obra, luego no puede circular por carreteras

convencionales.

Está dotado de motores muy potentes en relación al peso transportado, que transmiten tracción a las cuatro ruedas. Esta capacidad de tracción, sus grandes neumáticos, la distribución de carga entre ejes con su caja de fondo triangular, su bastidor rígido, su amortiguación, en fin, por sus características es capaz de desenvolverse en cualquier terreno a una velocidad elevada (hasta 60 km/h). Este vehículo se utiliza en obra y en minería. Los de obra civil tienen capacidad de entre 2590

toneladas,

pero

existen

versiones para minas de hasta 400T. motores

La va

potencia acorde

de

los

con

la

capacidad, llegando a motores de hasta 4000CV. La capacidad de carga se mide a ras, colmada 1:1 y colmada 2:1. La caja de acero reforzada dispone de una teja que protege la cabina de conducción y vuelca hacia atrás mediante cilindros hidráulicos. Con los medios excavación y de carga suele ser habitual calcular el factor de acoplamiento del equipo (FA). FA=(Nº dumpers/cargadora) x (Ciclo carga dumper/ciclo total del dumper)

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Este

Factor

indica

el

aprovechamiento del equipo a la obra ejecutada. Su valor ideal es de 1, que indicaría que toda la maquinaria está en movimiento en todo momento. Si su valor es menor a la unidad indica que la excavadora

espera

hasta

la

llegada del siguiente dumper, es la opción más económica y habitual en obra civil. Por el contrario un valor superior a la unidad indica que siempre hay un dumper esperando, maximiza la producción, situación deseable en minería. El dumper tiene un precio por tonelada de capacidad dos veces superior a un camión, tiene tres veces más de vida útil y es aprovechable en casi cualquier circunstancia. Su distancia óptima de transporte no suele exceder de 5 km.

3.6.

Maquinaria de compactación

3.6.1.

Consideraciones generales

Los suelos, al excavarlos se esponjan, disminuye su densidad. Al extenderlos mantienen esa densidad y es necesario compactarlos para que recuperen la densidad que tenían en banco o incluso más. Con esta mayor densidad aumenta su capacidad portante, su impermeabilidad y disminuye su deformabilidad. Todos los suelos son compactables, pero la energía necesaria en cada caso es variable, con las siguientes reglas generales: •

Mayor energía al aumentar el índice de material procedente del machaqueo de rocas.

•

Mayor energía cuanto menos continua sea la granulometría del suelo.

•

Menor energía si la humedad se aproxima a la óptima.

Existen tres procedimientos de compactación, estática (por peso propio de la máquina), por impacto (energía potencial = m.g.h) y por vibración equivalente a múltiples impactos. TEMA 1. MAQUINARIA

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Muchos

compactadores

utilizan

vibración, que se suele conseguir mediante el giro de una masa excéntrica. Cuanto mayor es la amplitud y la aceleración, mayor es la compactación

El rendimiento de un equipo de compactación es proporcional a la velocidad, al espesor de la capa, al ancho del rodillo e inversamente proporcional al número de pasadas necesarias. Existen coeficientes para cada tipo de obra por maniobrabilidad y solape entre capas. Para comprobar el grado de compactación alcanzado en cada capa y compararlo con los resultados de laboratorio (ensayos proctor normal y modificado) se utilizan aparatos de medida nucleares que proporcionan datos de densidad y humedad.

Aparato de densidad nuclear

A continuación veremos los compactadores más representativos de cada clase.

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3.6.2.

-

Compactadores estáticos

Rodillos Tandem Su peso oscila entre 8-12T. En vacío pesan 8T pero se pueden lastrar con agua o arena hasta 12T. Velocidad de paso entre 2 y 5 km/h. El tamaño de cada rodillo entre 1,2 y 1,5 m. Suelen tener tracción delantera para evitar arrollar el material. Se utilizan sobre

todo para aglomerado. Presentan el riesgo del efecto puente (que no apoye toda la generatriz en el material con lo que se podría triturar la zona apoyada)

-

Triciclo Tiene dos ruedas, generalmente de mayor tamaño, atrás y un cilindro delantero. Su peso está entre 7-16T, velocidad

2-5

km/h.

Son

menos

maniobrables que los tándem, dejan huellas más profundas pero eliminan gran parte del efecto puente. A veces tiene un escarificador o un cortajuntas.

-

Neumáticos También se usan para aglomerado, dejando una superficie lisa y bien sellada, no desgarran el material en superficie

como

los

tándem

pero

producen un efecto de amasado que trae el betún a la superficie. La carga por rueda 1-5T, pudiéndose ajustar con lastre. Presión de los neumáticos 3-9Bar. Velocidad hasta 20km/h.

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-

Rodillos pata de cabra Son útiles para terrenos arcillosos, no demasiado húmedos. Cose cada capa con las inferiores. Compacta de abajo hacia arriba. El área de cada pata 30-80cm2. Se puede lastrar. Consigue presiones entre

5-50kg/cm2. Existen varios modelos de pata, las de menor área de contacto para terrenos más arcillosos, las de mayor para terrenos limosos.

3.6.3.

-

Compactadores vibratorios

Remolcados Peso

entre

velocidades

5-15T, de

para

1-3km/h.

El

diámetro entre1,35-1,8m. Ancho entre

1,5-2m.

La

frecuencia

vibratoria en el entorno de 25Hz, con amplitud 1,5-1,7mm y fuerza centrífuga de 80-300kN, dos veces su peso. No son muy maniobrables al ir remolcados.

Son

Autopropulsado más

maniobrables

y

más

económicos que los remolcados. Normalmente son articulados y de tracción trasera, aunque algunos tienen doble tracción para grandes pendientes. Peso 5-17T. Trabaja a 3-6km/h aunque se pueda desplazar hasta 25km/h. Diámetro rodillo 1,21,5m. Ancho 1,7-2,1m. Frecuencias entre 20-30Hz. Amplitud 1,5-1,7mm. Fuerza centrífuga 50-240kN. Se utilizan en tierras y en aglomerado.

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-

Doble vibración Para

igual

peso

alcance

doble

profundidad que un autopropulsado y produce

menos

arrollamiento

de

material. Tienen doble tracción. Peso 211T. Ancho 1-2m. Velocidad 8km/h. Alta frecuencia 35-50Hz. Se utilizan en espacios reducidos y rara vez para compactar tierras por precios altos.

-

Vibratorio tandem Sólo vibra el delantero, lo que le da más fuerza centrífuga, tracción y versatilidad que un rodillo de doble vibración, pero alcanza menos profundidad. Siempre son articulados (los de doble vibración nunca lo son). Amplitud 0,4-0,8mm. Fuerza centrífuga 15-60kN. Velocidad de hasta 10 km/h

-

Apisonadora vibrante mixta Tiene un rodillo liso y un rodillo de neumáticos. No admite lastrado, luego la carga por rueda es menor a un compactador de neumáticos. Es una máquina que pretende aunar los dos sistemas de compactación, no siendo eficaz en ninguno. Está prohibida por normas alemanas y norteamericanas.

Se usa poco.

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-

Rodillo pies tamping remolcado Peso 5-15T. Diámetro 1,41,7m. Ancho 1,6-2m. Funciona parecido a un rodillo pata de cabra,

pero

vibrando

con

fuerza centrífuga 120-180kN. Es

muy

útil

para

suelos

cohesivos de baja humedad proctor.

Además

las

patas

tamping no descompactan al invertir el sentido de marcha.

-

Rodillo tamping autopropulsado Peso de hasta 17T. Fuerza centrífuga de hasta 240kN. Son rodillos

muy

maniobrables.

rápidos

y

Superan

pendientes elevadas y con doble tracción de hasta un 45%. Su uso se ajusta a terrenos cohesivos, arcillos y limosos, no demasiado húmedos.

-

Rodillos vibratorios pequeños a pie.

Pesos de 200-700kg, ancho 0,4-0,8m, fuerza centrífuga de 12-20kN. Son aptos para espacios pequeños y no son muy fáciles de manejar.

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-

Plancha vibrante Tiene un peso 60-700kg, para anchos 0,40,9m.

Recorren

problema

de

que

15-25m/min. necesitan

Tienen vibrar

el

para

avanzar, luego siempre hay que trasladarlas con medios auxiliares. Proporciona una buena compactación en relación a su peso (Fc 960kN, 10-15 veces su peso) y su uso más habitual es en zanjas y lugares en tierra estrechos.

3.6.4.

Compactadores por impacto El único compactador de esta clase de uso habitual es el pisón, también denominado rana. Avanza dando saltos, por lo que la pericia del operario es importante. Compacta cualquier tipo de terreno, incluso los muy húmedos (la plancha no), pero es poco efectivo en terrenos muy secos. Se usa sólo en espacios reducidos, como el contorno de un pozo o arqueta.

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4.

Maquinaria para manipulado y puesta en obra de hormigón

A lo largo del presente punto revisaremos las máquinas más habituales para la fabricación de hormigón en obra, transporte, puesta en obra, consolidación y tratamiento. No se incluye la maquinaria que completa la instalación de centrales de producción de hormigón, porque ya se vieron en el curso básico de Ingeniería Civil. 4.1.

Hormigoneras de obra

Son maquinas para el mezclado de los componentes de hormigones y morteros. Se usan en obra para morteros fundamentalmente, dado que, al dosificarse los materiales, agua, cemento y arena, en proporciones

aproximadas,

esta

desaconsejada para hormigón o mortero con exigencias resistentes. Las más pequeñas tienen una cuba de acero inclinada y cuentan con una capacidad entre 120-200 litros. Un motor hace girar la cuba en torno a su eje para mezclar los materiales y para vaciar la cuba se bascula accionando el volante lateral. Las más grandes tienen entre 250-500 litros de capacidad, suelen tener una cuba de eje horizontal que se vacía por inversión de marcha. En estas hormigoneras es habitual que aparezca un sistema de carga que facilite la introducción de los materiales en la cuba, pero estos cargadores no mejoran la calidad del mortero producido que depende, en buena medida de la habilidad del operario que la maneja.

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4.2.

Dumper hormigonera Son mezcladores más grandes que los anteriores. Su capacidad está en 1,5-2,0m3. Cargan con ayuda de una pala y suelen descargar basculando la cuba con un cilindro hidráulico. Tienen

la

ventaja

de

que

transportan la mezcla hasta su lugar de empleo y la misma desventaja que las anteriores en cuanto a la calidad del material amasado por no contar con una dosificación precisa.

4.3.

Hormigonera sobre camión

El hormigón de más calidad se dosifica en centrales, donde es posible afinar las cantidades que se añaden de cada material, así como las adicciones. La mayoría de las centrales dosifican, pero no mezclan, porque la mezcla se lleva acabo en el camión que traslada el hormigón hasta donde sea requerido

Camión hormigonera de 12 m3.

La cuba es de acero y está inclinada en torno a 15º respecto a la horizontal, de este modo reparte mejor la carga sin que se sobrepase la carga máxima por eje que es de 13T. La cuba de acero tiene una hélice interior que remueve la pasta de hormigón. Tiene un movimiento a velocidad rápida para carga y amasado, una velocidad más lenta para transporte y una inversión de marcha para la descarga del material.

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Esquema de hélice y vista interior de una cuba

La carga se efectúa a través de la tolva superior trasera y la descarga utiliza las canaletas situadas al efecto. Se tarda unos 3 minutos en cargar un camión y, al menos, 30 minutos en mezclar uniformemente los materiales. No se puede admitir en obra hormigones con menos de esos 30 minutos, situación habitual si el punto de fabricación y vertido están próximos. La capacidad de una hormigonera llega a 12 m3, pero las más habituales son de 6-8-10 m3. Los camiones hormigoneras cuentan con un depósito de agua tras la cabina con capacidad de 500-700 litros. El uso habitual de este agua es para la limpieza de cuba y canaletas tras el vertido de la carga y en las obras importantes hay lugares habilitados para esta limpieza. En ocasiones, si el transporte es a mucha distancia, existe el riesgo de que el hormigón llegue pasado, es decir, con el fraguado iniciado. Para evitarlo, se carga el material en seco y se humecta con el agua del depósito.

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4.4.

Bombas de hormigonado

La bomba para hormigón se inventó en 1913, pero su uso se ha generalizado en los últimos 25 años. El hormigón fresco no es un fluido pero es posible desplazarlo en bloques transmitiendo la presión hidrostáticamente (agua +finos). Evidentemente, no vale cualquier hormigón para ser bombeado, han de ser hormigones de alta calidad, muy homogéneos con granulometría continua. Las características más relevantes son: •

Debe de contener bastantes finos para evitar que el hormigón exude y se haga imbombeable

•

No debe ser demasiado fluido porque origina segregaciones

•

Es necesario enlechar el tubo antes de iniciar el bombeo con lechada.

•

El tamaño máximo del árido debe estar entre 1/4 y 1/3 del diámetro del tubo

•

Si se llega a finos en exceso, se pierde viscosidad y bloquea el bombeo

•

Habitualmente 300-400kg de finos por m3

•

Relación agua-cemento 0,5-0,6

Hay publicados husos granulométricos entre los que debe encontrarse el correspondiente al árido del hormigón para que sea apto. Bomba de hormigonado fija

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La tubería flexible tiene diámetro de 100-125mm. Se le pueden añadir aditivos para prever las segregaciones, la exudación o conseguir mayor lubrificación Las bombas pueden ser de rotor o de pistones. Estas últimas equipan las versiones más potentes. Bomba

de

pistones

para

hormigonado en obra subterránea

En

el

proceso

de

hormigonado con bomba, si por problemas o falta de suministro se interrumpe más de 45 minutos, es necesario vaciar y reiniciar todo el proceso. Los alcances de estas máquinas son muy variables, pero debe tenerse en cuenta que es posible alcanzar casi 1km y con sistemas de bombas de relevo para distancias aun mayores. Diagrama de alcance de camión autobomba

Autobomba trabajando en obras en altura

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En ocasiones se ven conjuntos de camión hormigonera con bomba. La capacidad de la hormigonera no suele superar los 6 m3, y el alcance de la bomba es limitado, pero el conjunto puede ser muy útil en obras pequeñas.

4.5.

Vibradores

El hormigón vertido en la obra debe consolidarse para asegurar calidad, homogeneidad y acabado. Para este proceso es necesario usar vibradores, que pueden ser internos o externos. Los internos son cuerpos cilíndricos que se introducen en la masa de hormigón fresco.

Vibrador interno mecánico

Vibrador interno neumático

El vibrador produce vibración por efecto neumático (el paso de aire comprimido hace girar una masa excéntrica o una turbina) o por efecto mecánico (normalmente aguja pendular)

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El

operario

debe

manejar

manualmente el vibrador y su pericia es importante. Vibrado de losas de hormigón

También hay vibradores externos. Es el caso de los vibradores de encofrados que los agitan desde fuera. Su uso se circunscribe a las plantas de prefabricados de hormigón.

Regla vibrante manual

Regla vibrante doble

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Otro tipo de vibrador externo es la Regla vibrante. Se trata de un listón externo con un motor que lo hace vibrar. En ocasiones se coloca un doble listón para alcanzar profundidades mayores. Las reglas consiguen buenos acabados en losas planas.

4.6. -

Otros

Alisadoras rotativas

Una vez vertido y vibrado el hormigón en losas es posible darle un acabado especial con estas alisadoras rotativas,

también

conocidas

como

fratasadotas

o

helicópteros. Alisadora rotativa manual

Es necesario que el hormigón esté algo endurecido (1-4 horas tras pasar la regla).

Se

consigue

sacar

aire,

compactar la capa superior y pulir. En ese proceso de pulido se añaden material duro, como cuarzo o corindón. También se añaden colorantes para conseguir el acabado correspondiente Aparcamientos, plazas de minusválidos, carriles bici, etc. Alisadora doble automóvil

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-

Juntas

El hormigón, al endurecerse se retrae. Esta retracción se manifiesta en grietas superficiales. Para evitarlas es necesario ejecutar juntas de retracción. Se ejecutan cortando superficialmente las losas cuando ya están en avanzado estado de endurecimiento.

Corte de losas en aparcamiento

Corte de losas con disco

Para asegurar la continuidad estructural, es necesario que las losas estén armadas.

5.

Maquinaria para la ejecución de vías férreas

La construcción de vías férreas no precisa de maquinaria específica para buena parte de sus unidades características. Las tierras se mueven indistintamente en carreteras o ferrocarriles, los puentes, muros o túneles son idénticos a los de cualquier otra obra civil. Las únicas máquinas específicas tienen que ver con el tendido de carriles y con el mantenimiento. Para el tendido de carril existen diferentes tipos de pórtico que colocan carriles sueltos (longitud 10-12 m) y barra larga soldada (BLS hasta 270m) de manera que los sitúan y fijan a las traviesas colocadas previamente. Pórtico para tendido de doble carril BLS

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Las otras máquinas específicas tienen que ver con el mantenimiento. Debe tenerse en cuenta que la geometría de una vía férrea es fija, lo que no es novedad, pero que, en el caso de modificarse supone un riesgo grave de seguridad para el material móvil que la utiliza. Por comparar con una carretera, un asentamiento supone un bache, el mismo fallo en una vía supone un riesgo de descarrilamiento por fallo en el apoyo de la llanta. Las máquinas de mantenimiento controlan la geometría de la vía y, en el caso de detectar movimientos, reparan la vía a su posición original. La inmensa mayoría de las vías constan de una capa de balasto, traviesas y carriles, el resto son vías en placa. El balasto que sirve de apoyo a la traviesa es un conjunto de pedazos de roca sin ligazón alguna y es responsable de buena parte de los fallos en la vía. Si se asienta, se mueve o se desplaza hay que recolocarlo sin levantar traviesas y carriles. Para ello se usan las siguientes máquinas: -

Desguarnecedora-cribadora-machacadora

Como su nombre indica, es capaz de entresacar el balasto de una vía con un sistema de cadenas, lo criba, desecha el de tamaño inapropiado (debe estar entre 20 y 60mm), añade el material necesario y repone el balasto bajo la vía. Tras el paso de esta máquina se repone la capa de balasto inicialmente instalada en condiciones óptimas de servicio, aunque será necesario utilizar las máquinas que citamos a continuación antes de permitir el transito ferooviario.

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-

Bateadora- niveladora- alineadora-

Esta máquina levanta tramos de hasta tres traviesas, ripa el carril, batea el balasto (lo ahueca con ayuda de brazos mecánicos). Posteriormente nivela longitudinal

y

transversalmente

los

carriles y por último los sitúa

en

original

de

la

alineación cada

obra,

denominada traza teórica. Existen máquinas que no realizan las funciones de alineación y nivelación y sólo batean.

-

Perfiladora

También llamada distribuidoras y reguladoras de balasto, tienen por objeto la colocación, traslado y distribución del balasto vertido por las tolvas de forma irregular

y

la

regulación

posterior

de los perfiles una vez

que

se

ha

conseguido

la

nivelación

y

alineación

definitiva

de la vía.

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-

Estabilizadora

Tras el vertido y bateo del balasto, existe un problema de consolidación que limita la velocidad que pueden adquirir los convoyes. Este problema se considera solventado con el paso de 100.000T o con el uso de máquinas

estabilizadoras

que

someten a la vía a unas vibraciones que aceleran la consolidación del balasto.

-

Dresina

Es una máquina pequeña para inspección, pequeña reparación y traslado de personal

-

Otras

El auge de la construcción de vía férrea ha permitido la aparición

en

España

mucha

maquinaria

mantenimiento, las

cuales

de de

algunas

de

provienen

de

adaptaciones de maquinas de obra pública, como la que se aprecia en la foto adjunta.

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6.

Maquinaria para obras subterráneas

La construcción de obras subterráneas, túneles, se ha llevado a cabo desde tiempos remotos. Lógicamente el uso primordial era para explotación minera, aunque existen numerosas referencias de túneles para alcantarillado, abastecimiento o comunicación. Estos túneles se han excavado a mano. Con el tiempo, con la revolución industrial, la mejora y crecimiento de las redes de comunicaciones, ferrocarril y carreteras, motivaron un incremento sustancial en la excavación de túneles para obra civil. Estos túneles se excavaban a mano o con ayuda de explosivos. Los explosivos se convirtieron en el método más habitual dado que sólo se solía optar por la solución en túnel en terrenos competentes, en muchos casos, en roca. Sin embargo, en tiempos recientes se ha generalizado la excavación de túneles con máquinas que perforan a sección completa, conocidas por TBM (Tunnel Boring Machine). Estas máquinas aseguran rendimiento, incrementan la seguridad y posibilitan la ejecución de obras más ambiciosas. Existen distintas máquinas TBM, pero, por sistema de trabajo es habitual distinguir dos grandes grupos, los topos y los escudos. En este punto resaltaremos sus características y variantes. Al final del punto se comentará alguna máquina adicional de excavación que no se clasifica en las TBM.

6.1.

Topos

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Son máquinas destinadas a la excavación de rocas duras y medias. Para ello están equipadas con discos en el escudo frontal para cortar y desgarrar. Como el terreno es competente, no necesita un recubrimiento que proteja la máquina y la fuerza de empuje se obtiene como reacción contra el propio terreno. Su funcionamiento se basa en el empuje que proporciona

un

sistema

principal

de

cilindros

hidráulicos a la cabeza de corte. Para que estos cilindros empujen, es necesario que la máquina se apoye de forma estable. Esta acción se consigue mediante anclajes laterales contra el terreno por medio de grippers. Gripper de fijación lateral en maquina topo

Por tanto la secuencia de un topo es fijar los grippers contra las paredes del túnel ya excavado, empezar el corte con el empuje de los cilindros principales hasta completar su extensión (1,5-2m), fijar la cabeza con los apoyos secundarios, soltar grippers y recoger cilindros. Es muy importante ir eliminando el material según se excava porque dificulta la acción de los cilindros de corte y provoca un acusado desgaste al ser material muy abrasivo. Se recoge con cangilones que lo transportan hacia arriba con el movimiento de la cabeza donde se descarga en una cinta. Disco de corte en cabeza

Detrás de la cabeza, grippers y cilindros se sitúa el carro estructural o back-up. En el mismo se sitúan los sistemas de alimentación eléctrica, los captadores de polvo, sistema de ventilación, polipastos de manejo de vía y el sistema de evacuación de escombro.

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6.2.

Escudos

Son TBM para terrenos de roca blanda o suelo, frecuentemente inestables y situados en ocasiones bajo nivel freático. Llevan incorporada la colocación inmediata de revestimiento definitivo. Como el terreno no es estable, precisan de una coraza que da nombre a estos ingenios. En

estas

máquinas,

todos

los

elementos

mecánicos

se

alojan dentro de una

estructura

protectora

de

acero,

este

escudo

dejaría

zona

sin

sostenimiento

al

avanzar,

por

lo

precisa

la

que

colocación de un revestimiento de anillos de hormigón o acero. Este revestimiento es el que facilita la reacción que permite el avance de la máquina.

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Se suele distinguir entre escudos abiertos cuando no es necesario sostener el frente de excavación y cerrados cuando sí es necesario. Un escudo abierto puede permitir la excavación a mano, con rozadora o con un disco a sección completa. En los escudos cerrados hay que sostener el frente. Para ello se puede emplear comprimido, mezclada

aire agua con

bentonita (hidroescudo) Otro son los del tipo EPB

(Earth

Preassure Balance). En éstos últimos se aprovecha el escombro del frente para dotar de presión al mismo, extrayendo el material mediante tornillos sin fin.

Cabeza y sistema de presurización del la maquina empleada en el túnel norte de Calle 30 en Madrid

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Un tipo singular de escudo es el denominado doble escudo, que tiene dos piezas, cada una con un sistema de propulsión distinto, es más versátil puesto que puede trabajar: -

En terrenos rocosos competentes impulsado desde grippers como un topo

-

En terrenos rocosos poco competentes se utilizan los grippers pero se reviste con anillos de dovelas por detrás

-

En terreno blando trabaja como un escudo.

Doble escudo utilizado en los túneles de Pajares

6.3.

Otras máquinas en excavación de túneles La más utilizada es la rozadora o minador. Acopla distintas cabezas y puede utilizarse en un escudo abierto,

en

túneles

sin

revestimiento o como maquina auxiliar de perfilado y acabado.

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BIBLIOGRAFÍA

-

Maquinaria de Obras públicas. Pedro Barbet. Club Universitario. 2008

-

Catálogos de producto. Caterpillar

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