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TEMA 1. MAQUINARIA Página 1 de 58

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS EN TOPOGRAFÍA, GEODESIA Y CARTOGRAFÍA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

TEMA 1 MAQUINARIA


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


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.


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.


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


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 neumático, unidades de

chorreo, proyección de yeso 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.


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


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


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.


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.


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.


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)


- 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. Maquinaria que excava desplazándose

3.2.1. 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


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.


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


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, un

mecanismo de volteo 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


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


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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


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


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


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 ruedas

delanteras 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


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


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


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


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 25-

90 toneladas, pero existen

versiones para minas de hasta

400T. La potencia de los

motores va acorde 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)


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.


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.


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.


- 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 5-15T, para

velocidades de 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.

- Autopropulsado

Son 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 1,2-

1,5m. 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.


- Doble vibración

Para igual peso alcance doble

profundidad que un autopropulsado y

produce menos arrollamiento de

material. Tienen doble tracción. Peso 2-

11T. 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.


- Rodillo pies tamping remolcado

Peso 5-15T. Diámetro 1,4-

1,7m. 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 rápidos y

maniobrables. 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.


- Plancha vibrante

Tiene un peso 60-700kg, para anchos 0,4-

0,9m. Recorren 15-25m/min. Tienen el

problema de que necesitan vibrar para

avanzar, luego siempre hay que trasladarlas

con medios auxiliares. Proporciona una buena

compactación en relación a su peso (Fc 9-

60kN, 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.


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.


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.


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.


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


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


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)


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


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


- 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


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.


- 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 la alineación

original de 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.


- 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 de

mucha maquinaria de

mantenimiento, algunas de

las cuales provienen de

adaptaciones de maquinas de

obra pública, como la que se

aprecia en la foto adjunta.


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


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.


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

que precisa la

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.


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 aire

comprimido, agua

mezclada 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


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.


BIBLIOGRAFÍA

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

- Catálogos de producto. Caterpillar

escuela tÉcnica superior de ingenieros en...

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