CURSO: EXCAVACIONES, VOLADURAS Y MOVIMIENTOS DE TIERRAS.

MODULO 4: EQUIPOS PARA LA EJECUCIÓN DE LA CARGA Y TRANSPORTE: COSTE Y

RENDIMIENTOS.

INDICE:

1.- Carga

1.1.- Aspectos generales: apoyo y traficabilidad, y causas de pérdidas de rendimiento.

1.2.- Cargadoras

1.3.- Retroexcavadoras.

2.- Vehículos y equipos de transporte

3.- Transporte con camiones

3.1.- Tipos de vehículos y su campo de actuación.

3.2.- Variables de selección

3.3.- Campo de actuación

3.4.- Ciclo de trabajo

3.5.- Producción

4.- Transporte con Mototraílla

1.- CARGA:

Para la fase de carga se emplean dos máquinas: retroexcavadoras sobre orugas (uso habitual)

o palas cargadoras sobre ruedas. Las retroexcavadoras sobre ruedas son características de

obras con buen firme.

1.1.- Aspectos generales: Apoyo y traficabilidad, y causas de pérdidas de rendimiento.

1.1.1.- Apoyo y traficabilidad:

Las cargadoras sobre ruedas pueden desarrollar velocidades elevadas, pero en cambio exigen

una superficie de rodadura razonablemente granular o, en caso de ser suelos cohesivos, seca,

ya que sobre barro patinan y no pueden desarrollar empujes importantes, al descender mucho

el coeficiente de rozamiento.

Si las condiciones de apoyo y rodadura son malas es obligatorio recurrir a maquinas sobre

orugas, ya sean tractores o retroexcavadoras. En el caso de las retroexcavadoras, es posible

que circulen por una superficie diferente a aquella en la que desarrollan la carga, normalmente

cotas superiores. Por ello pueden trabajar por debajo del nivel freático, sin necesidad de entrar

en el plano inundando. Además, las cargadoras y las retroexcavadoras pueden apoyar parte de

su peso en la cuchara, disminuyendo así la carga en la rodadura, lo que suele ser empleado en

las retroexcavadoras para agilizar su maniobra.

Las retroexcavadoras sobre orugas suelen trabajar varios ciclos sin desplazarse, mientras que

las palas cargadoras sobre ruedas se desplazan continuamente, llegando a más de un

desplazamiento por minuto.

Por estas razones los equipos de obra civil no suelen contar con cargadoras de ruedas, siendo

preferibles las retroexcavadoras, excepto donde se cuenta con garantías de buen tiempo y/o

buena rodadura. Esto puede ocurrir en climas muy poco lluviosos, o en estaciones claramente

secas. En los demás casos la incertidumbre que se introduce en la producción anual es

excesiva.

1.1.2.- Causas de pérdidas de rendimiento:

Pueden ocasionarse pérdidas de rendimiento en estos casos:

- Cuando las partículas grandes son abundantes y, al menos, del mismo orden de

magnitud del cazo.

En estos casos la capacidad efectiva del cazo está limitad, así como la capacidad de

maniobra, ya que es imposible cargar más de una partícula d este tamaño.

- Cuando el material es un suelo fino que presenta una cohesión importante. En este

caso, el suelo se adhiere a la superficie del cazo, disminuyendo el rendimiento de la

operación. Antes de emplear medios auxiliares de vaciado es preferible buscar cazos

que minimicen la superficie específica (esto es, que tengan un volumen máximo con

una superficie mínima, con una forma menos oblonga, es decir, menos largo que

ancho, menos alargado).

- Cuando la trabazón (cohesión o cohesión aparente) de las partículas sea importante.

En este caso, es necesario disponer de maquinaria de potencia elevada.

1.2.- Palas cargadoras:

En obras civiles se encuentran en desuso, siendo su ocupación más común el de las canteras y

graveras.

1.2.1.- Ciclo de trabajo:

El ciclo de trabajo de las palas cargadoras es la siguiente:

- Carga: Empuje + Elevación + Recogida.

- Acarreo (pequeñas distancias): Elevación + Basculación simultanea.

- Descarga.

- Maniobra: Retroceder + Bajar la cuchara vacía simultáneamente.

1.2.2.- Producción:

La productividad de la pala cargadora depende de los dos siguientes conceptos:

- Capacidad de la cuchara (a ras o colmada)

Cu (capacidad útil) = Densidad del material x volumen cuchara x fll

Dónde:

o Fll: Factor de llenado, entre 0,65 y 1.

- Duración de ciclo

N: Nº de ciclos por hora (normalmente varía entre 60 y 120).

Producción = Cu x N x fh (eficiencia horaria)

1.3.- Retroexcavadoras:

Como ya se ha comentado, las retroexcavadoras pueden clasificarse dependiendo de:

- Su tipo y capacidad de cazo.

- Su medio de rodadura: Ruedas u orugas. Aquellas sobre orugas disponen de unos

estabilizadores o apoyos adicionales para fijarlas al terreno durante las operaciones de

carga con desplazamiento de pesos importantes, para aumentar el momento

estabilizador.

- Su brazo, y, concretamente, las articulaciones del mismo.

Las retroexcavadoras más empleadas en movimiento de tierras de obra civil y en excavaciones

son las más versátiles. Concretamente, son las retroexcavadoras sobre orugas con brazo de

triple articulación. La triple articulación les permite:

- Excavar muy por debajo de su plano de circulación.

- Trabajar con gálibos muy reducidos (aunque su rendimiento aumenta con gálibos

razonables.

Combinando ambas características pueden abordarse los siguientes trabajos:

- Acabado y refino de taludes.

- Vaciado de sótanos.

- Excavación en trincheras.

- Excavación en pozos.

- Excavación bajo el nivel freático.

- Manejo y movimiento de maquinaria auxiliar y materiales (perforadoras pequeñas,

armaduras, tablestacas, etc.).

1.3.1.- Ciclo de trabajo:

El ciclo de trabajo de la retroexcavadora, descompuesto en el número mínimo de actividades

homogéneas (lo que lleva a unificar el giro y el posicionamiento al final del ciclo), es el

siguiente:

1.- Hinca + carga Carga

2.- Elevación cazo + giro Desplazamiento

3.- Colocación cazo sobre camión o dumper + descarga Descarga

4.- Giro hasta el frente de la excavación y posicionamiento del cazo Desplazamiento

En general, debe intentarse que la máquina trabaje con cazos lo más llenos posible (máximo

de carga), pero no en máximos de distancia o ángulos de giro, porque eso prolonga el ciclo y

reduce el rendimiento, y, consecuentemente, la producción.

1.3.2.- Producción:

La productividad de la pala cargadora depende de los dos siguientes conceptos:

- Capacidad de la cuchara (a ras o colmada)

Cu (capacidad útil) = Densidad del material x volumen cuchara x fll

Dónde:

o Fll: Factor de llenado (depende del material, véase la tabla.

MATERIALES FACTOR DE LLENADO

Materiales con finos (%finos>30%) 1,00 – 1,20

Arenas y gravas limpias 0,90 – 1,00

Roca volcada bien fragmentada y arcillas duras y tenaces 0,80 – 0,90

Roca volada mal fragmentada 0,50 – 0,80

- Ángulo de giro (90º o 180º). Cuanto menor es el ángulo de giro más rápida es la carga,

siendo el ángulo más desfavorable el de 180º. Ángulos menores de 30º no suelen ser

posibles, de manera que el óptimo suele estar en los 45º, no debiéndose exceder a

más de 60º.

- Duración del ciclo de trabajo:

o N: Nº de ciclos por hora varía entre 90 – 120 (sin contar los desplazamientos,

que se indican a continuación).

Con estos factores puede calcularse la producción esperada, o comprobarse qué mejoras o

empeoramientos pueden esperarse de eventuales cambios en el ciclo.

Producción = Cu x N x fh (Eficiencia horaria)

Desplazamientos de la excavadora:

- Desplazamientos cortos (Reposicionamientos), como orden de magnitud suelen

implicar pérdidas de tiempo evaluables en algunos minutos por hora.

- Desplazamientos largos (Preparación de rampas y cambios de frente) suelen implicar

pérdidas de tiempo evaluables en varias horas por cada turno de trabajo en el que

haya que abordar esas tareas.

2.- VEHÍCULOS Y EQUIPOS DE TRANSPORTE

Una vez efectuados la excavación y la carga, el siguiente paso es el transporte del material

excavado. Este transporte puede realizarse con diversos equipos, como ya se ha mencionado,

y la condición más importante es la distancia a la que debe transportarse el material. Aunque

la elección no es única, los equipos que pueden transportar de manera económica en los

rangos de distancia indicados son:

Equipo Distancia rentable Observaciones

De (m) A (m)

Tractor 5/compensación transversal

50 (máximo 70)

Traílla agrícola 100 500 Poco usual

Mototraílla 200 600

Camión (“Bañera”) 50 - A cualquier distancia si es por carretera. No suelen manejarse distancias superiores a 5 Km.

Camión extraviarlo (Dumper o Lagarto)

500 2500 No pueden circular por las carreteras convencionales. Requieren red de pistas en buen estado.

En la tabla anterior aparecen ciertas distancias, estas distancias son orientativas, en

determinados casos concretos el resultado puede ser diferente.

La función principal del tractor en la excavación es el escarificado, o, como mucho, la

compensación transversal. A continuación se tratan los camiones y las mototraíllas.

3.- TRANSPORTE CON CAMIONES.

3.1.- Tipos de vehículos y su campo de actuación:

La maquinaria de transporte más habitual es el siguiente:

1. Camiones volquete 6 x 6 (en jerga del sector, “Centauros”).

2. Semirremolques basculantes (“bañeras”).

3. Dumper rígidos.

4. Dumper articulado (en la jerga del sector, “lagartos”).

Los dos tipos agrupan a vehículos autorizados legalmente para circular por carreteras abiertas

al tráfico. Lo contrario con el tercero y el cuarto tipos, que suelen tener dimensiones y pesos

por eje superiores, y dañan extraordinariamente muy rápidamente los firmes convencionales.

En cuanto a capacidad, es creciente con el número con el que se designan en este texto.

Las máquinas de carga más grandes (por ejemplo, las retroexcavadoras con cazos de más de 2

m3) suelen disponerse con dumperes de gran capacidad, resultando demasiado grandes para

los camiones volquete o semibasculantes.

3.2.- Variables de selección:

Las variables que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar los vehículos de transporte

son las siguientes:

1. Superficie de rodadura del recorrido: Si la circulación se producirá sobre pistas en mal

estado, pistas en buen estado, carreteras y vías con firmes granulares o carreteras y

vías con firmes con rodaduras construidas con materiales con ligantes

hidrocarbonatados o hidráulicos.

2. Distancia entre puntos de carga y descarga.

3. Estado del terreno con respecto a la traficabilidad. Hay que considerar tres aspectos:

a. En cuanto a posibilidad real de paso,

b. Para contar con una estimación de velocidades de recorrido, y

c. Para estimar las eventuales necesidades de conversación de las pistas.

4. Climatología prevalerte durante la ejecución de las obras.

a. Y cómo afecta a la traficabilidad y a la velocidad.

5. Tipo de material a transportar:

a. Con respecto a los tamaños máximos y la capacidad de punzonamiento del

material.

6. Producción necesaria.

7. Naturaleza y composición del equipo que realiza la carga.

a. Especialmente el alcance en horizontal y en vertical del brazo de la m´quina

que carga.

3.3.- Campo de actuación:

Con estos criterios, puede elaborarse una tabla de evaluación general de cada una de las

máquinas, indicando su grado de aptitud y conveniencia para cada uso, que se resume en la

siguiente tabla 4:

En todo caso, debe reiterarse que existen algunas excepciones a estas reglas generales, por lo

que debe huirse de los prejuicios cuando la selección de maquinaria está limitada en

comparación con lo que es habitual en los países desarrollados de os que se conoce, un tanto

orgullosamente, como “primer mundo”. Estas reglas generales se enuncian a continuación.

Los camiones volquete son los más sencillos de encontrar, y la mejor solución si las máquinas

de carga son convencionales y el transporte debe ser flexible, y realizarse a veces por pista y a

veces por carretera. Esto se corresponde normalmente con las obras de mejoras de trazado de

carreteras y ferrocarriles, en las que las distancias de transporte pueden ser elevadas, y los

volúmenes totales que hay que mover son reducidos. Por el contrario, requieren pistas y

carreteras con un firme y una regularidad aceptables si se desea alcanzar rendimientos

razonables.

1. Posibilidad de subcontratación de los camiones:

En España y en Europa Occidental, en estos momentos, es sencillo subcontratar

maquinaria de transporte de cualquier tamaño, dentro de un orden. Por ello, no es

más complejo contar con dumperes extraviarios que son camiones convencionales.

Esto no ocurre en otras partes del mundo, en las que los camiones convencionales son

mucho más abundantes.

2. Logística de suministro de repuestos y consumibles.

3.4.- Ciclo de trabajo:

El ciclo de trabajo de los vehículos de transporte se compone de unos tiempos independientes

de la distancia de transporte, denominados “fijos”, aunque sólo son fijos porque no dependen

del transporte en sí, sino de la carga y descarga, y otros que dependen intrínsecamente de la

distancia de transporte, denominados “variables”.

Paradójicamente, es posible actuar sobre los tiempos fijos, y disminuirlos en lo posible,

observando algunas reglas básicas, mientras que es difícil sobre la velocidad media. En efecto,

la velocidad media de desplazamiento depende del trazado en planta y en alzado de las pistas

y carretas, así como de la calidad de su firme, por lo que suele ser caro mejorarlas, y casi

siempre imposible tras construir los accesos y red de caminos de obra.

Los tiempos que hay que tener en cuenta son:

- Tiempos fijos:

� Maniobra de posicionamiento.

� Tiempo de carga.

� Tiempo de descarga.

- Tiempos variables:

� Tiempo de transporte.

� Tiempo de retorno.

3.4.1.- Posicionamiento y plataforma.

En el tiempo de posicionamiento influye mucho de la obra, y en particular el estado de la

plataforma y pistas de acceso al frente. Cabe aplicar la máxima de que “Ser limpio ayuda”.

1. Las pistas y zona de maniobras deben gozar de una maniobrabilidad y regularidad

adecuadas, y esto quiere decir buenas. Para ello hay que tener las pistas y plataformas

en buen estado, lo que suele indicar que es necesario disponer de un tractor pequeño

(en frentes y plataformas en roca) o una motoniveladora (en frentes y plataformas en

suelos).

2. La plataforma debe estar libre de repies y bolos que no puedan utilizarse en terraplén,

o, al menos, estos deben estar claramente retirados de la zona de circulación, con un

margen de al menos 2 m sobre el área de circulación de vehículos. Téngase en cuenta

que se trata de un margen que tiene las mismas utilidades que el arcén. Ya se ha

apuntado la oportunidad del uso de picapicas para eliminar los repies.

3. No debe existir material suelto sobre la superficie general de la plataforma o pista.

3.4.2.- Pistas y carreteras:

1. El regado adecuado (ni poco, ni mucho) de las pistas reduce la formación de polvo y

dota de una cierta cohesión en masa firme.

2. Debe efectuarse un correcto mantenimiento de la suprficie e rodadura en pistas.

3. Hay que cuidar y vigilar la limpieza de los primeros centenares de metros de carretera

afirmada, disponiendo medios como:

a. Cubetas de limpieza a la salida de las pistas no afirmadas, particularmente en

climas lluviosos.

b. Maquinaria auxiliar que efectúa un barrido casi continuo de este primer

tramo. Con ello se asegura que el tramo que puede ensuciarse de carretera

afirmada está limitado, y no se perjudica l circulación general de vehículos,

tanto en cuanto a regularidad como adherencia.

3.4.3.- Cubicación:

1. En el transporte se producen pérdidas de material que pueden evaluarse entre el 1 y el

3 %, si la operación no es muy descuidada.

2. Debe controlarse la cubicación recurriendo a tres medios simultáneos, comparando:

a. La topografía disponible.

b. Un conteo de camiones que salen y entran, con una evaluación de porcentaje

de llenado.

c. Una cubicación estándar en función del material.

3.5.- Producción:

Para evaluar la producción de la maquinaria de transporte puede emplearse la fórmula

siguiente:

P = C x N x fh x fo = C x (60 / Tc) x fh x fo

Donde:

- C = Capacidad de carga.

- N = Nº de ciclos por hora.

- Tc = Tiempo del ciclo (en minutos).

- Fh = Factor de eficiencia horaria.

- Fo = Factor del operador.

3.5.1.- La relación con las máquinas de carga:

Factor de acoplamiento (Match Factor)

MF = Producción Transporte / Producción de carga

MF ACOPLAMIENTO ESPERA LA EXCAVADORA ESPERA EL TRANSPORTE

1 Óptimo No No

< 1 Obras Civiles (coste mínimo Si Si

>1 Minería (Producción máxima) No No

Tabla 5

4.- TRANSPORTE CON MOTOTRAÍLLA:

Existen dos tipos de traíllas: las agrícolas y las específicas de ocbas públicas. Las agrícolas

pueden encontrarse en algunos ámbitos, y en entornos subdesarrollados pueden ser, como

mucho, las únicas disponibles. Las traíllas agrícolas suelen ser remolcadas con un tractor.

Las traíllas que pueden realizar la totalidad de las operaciones: excavación, carga, transporte y,

en ciertas condiciones, extensión. El campo de aplicación de las traíllas es reducido, pero

cuando se dan las condiciones adecuadas son prácticamente imbatibles. Estas condiciones son

las siguientes:

- Pequeñas alturas medias de obras de desmonte y relleno (2 a 6 m).

- Terreno blando (suelos).

- Distancias de transporte medias (200 – 600 m).

En general se trata de obras de mucha superficie y poco relieve, y razonablemente localizadas,

tales como grandes urbanizaciones o pistas de aeropuertos, por ejemplo.