Borrador 1.docx

Introducción: El siguiente Proyecto tiene el objetivo de elegir convenientemente y además calcular el rendimiento de las diferentes maquinarias pesadas utilizada en la apertura y pavimentación de un tramo de la carretera Iscayachi-final Copabana ubicado entre la provincia Mendez del departamento de Tarija. Los datos obtenidos para la realización del trabajo fueron obtenidos de una carretera real realizada por SEDECA Tarija, de la cual se decidió realizar solo el tramo inicial (un kilómetro) debido a la extensión de la carretera, cabe recalcar que se tomará en cuenta la utilización de maquinaria nueva. Se contemplarán los siguientes puntos:     

Limpieza del camino Corte y relleno Compactación Ripiado Pavimentado

1. OBJETIVOS: 1.1. Objetivo general: Determinar el rendimiento, y horas de trabajo de las maquinarias y equipos utilizados en la realización de este proyecto por medio de fórmulas y métodos explicados en clase de maquinaria y obtenidos de diferentes bibliografías para el tramo seleccionado de la carretera Iscayachi-final Copabana ubicado entre la provincia Méndez del departamento de Tarija. 1.2. Objetivos específicos:   

Calcular el tiempo de ejecución necesario para la construcción del tramo y realizar su respectivo cronograma de actividades. Seleccionar cuidadosamente el tipo y cantidad de maquinaria y equipo necesarios para la ejecución de la obra de acuerdoa a la actividad que se deba realizar. Obtener el rendimiento teórico y real para cada una de las maquinarias a utilizar.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Una maquinaria es el conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado. Existe un tipo de maquinaria específica según la actividad en la que se utilizará, teniendo de ésta manera una diversidad amplia de maquinarias pesadas y equipos. Cada maquinaria trabaja de diferente manera, por lo cual es necesario tener en cuenta los siguientes factores: 



Potencia: Se diferencian dos tipos, la disponible y la utilizable; la primera se refiere a la potencia con la que cuenta el equipo según las especificaciones técnicas y la segunda está limitada por las condiciones de trabajo tanto del lugar como del personal que la utilizará. Existen factores que afectan a la potencia de los equipos tales como:  Resistencia al rodado  Porcentaje de inclinación del terreno Tiempo de ciclo: Es el tiempo que tarda el equipo en hacer todo el recorrido, el cual es igual al tiempo fijo más el tiempo variable. Involucra los procesos de cargar, descargar, maniobrar, acelerar y desacelerar.  Tiempo fijo: Es el tiempo empleado por el equipo para el proceso de la ejecución del trabajo  Tiempo variable: Es el tiempo transcurrido para el traslado, propiamente dicho del equipo cargado y el tiempo necesario de retorno.

2.1. Clasificación y tipos de maquinarias: 2.1.1. Según el sistema de traslación: Referida a la forma de traslado de la maquina o equipo de un punto a otro. Plantas Fijos Maq. Orugas

Rueda Moviles Riele Sistema de Traslacion

Funicula Jaladas Transportadas

Remolcadas Por otro equipo

Autopropulso

Por sus propios medios

2.1.2. Según la actividad a efectuar: Transporte de materiales

Demolicion y derribo Preparacion de materiales Trabajo a efectuar Manipular cargas Necesidad de compactar materiales Medicion y ensayos

2.1.3. Según capacidad de carga:

Capacidad de carga

Alta capacidad

Media capacidad

Baja capacidad

2.2. Maquinarias y equipos: En la selección de maquinaria y equipo a utilizar para éste proyecto, como se mencionó anteriormente, se debe tener en cuenta la potencia, capacidad y condiciones de operatividad, además la topografía del terreno, el tipo de suelo con el cuál se va a trabajar, las condiciones ambientales del lugar de trabajo, etc. Se deberá escoger el tipo de maquinaría específica para las siguientes actividades:     

Remover parte de la capa del suelo según los requerimientos indicados en el proyecto a realizarse. Transporte de material (áridos, agua, pavimento, etc.) Carga y descarga de los materiales de construcción Conformar el terreno según las especificaciones técnicas de las diferentes capas. Pavimentado.

Para seleccionar la maquinaria a utilizar es preciso conocer el uso para el cual fue diseñada la misma y de esa manera tener una adecuada variedad de equipos para la realización del tramo seleccionado. Algunas de las maquinarias más utilizadas son: 

Pala excavadora. - Máquina auto propulsada sobre ruedas o cadenas con una estructura capaz de efectuar una rotación de 360º, que excava, carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balancín, sin que el chasis o la estructura portante se desplace. Existen excavadoras que se desplazan sobre neumáticos y sobre orugas y se las selecciona según el tipo de terreno. Por su posibilidad de girar sobre su propio eje, no tiene tiempo variable.

𝑅=



𝑄 ∗ 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑇𝑐

R: Rendimiento (m3/h) Q: Capacidad de cucharon (m3) f: Coef. de expansión volumétrico e: Factor de eficiencia Tc: Tiempo de ciclo (min) K: Factor de eficiencia de cucharon

Pala cargadora. - Es una máquina con diferentes capacidades de carga y potencia, idónea para labores de extracción y movimiento de tierras, es utilizada para el movimiento de materiales granulares u otro tipo de suelo en estado suelto donde no se necesite corte. La posibilidad de estar sobre ruedas u orugas la hace apta para distintos tipos de terrenos uniformes. El equípo, en un movimiento hacia delante, va llenando la pala con el material que se encuentra sobre el suelo, ésta una vez llena, eleva los materiales y los descarga sobre un camión u otro medio de transporte.

𝑅=

𝑄 ∗ 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑇𝑐𝑝

R: Rendimiento (m3/h) Q: Capacidad de cucharon (m3) f: Coef. de expansión volumétrico E: Factor de eficiencia Tcp: Tiempo de ciclo pala(min) K: Factor de eficiencia de cucharon



Motoniveladora. - Máquina muy versátil usada para mover tierra u otro material suelto. Su función principal es nivelar, modelar o dar la pendiente necesaria al material en que trabaja. Se considera como una máquina de terminación superficial. Su versatilidad está dada por los diferentes movimientos de la hoja, como por la serie de accesorios que puede tener. Puede imitar todo los tipos de tractores, pero su diferencia radica en que la motoniveladora es más frágil, ya que no es capaz de aplicar la potencia de movimiento ni la de corte del tractor. Debido a esto es más utilizada en tareas de acabado o trabajos de precisión, otra opción importante para el uso de esta máquina es la mescla del material con el agua para obtener en CHO y en consecuencia la densidad máxima Las motoniveladoras pueden ser arrastradas o automotrices, siendo esta última la más utilizada y se denomina motoniveladora. 𝐿𝑒 = 𝐿 ∗ cos⁡(∝𝐻 )

𝑅=

𝑎 ∗ 𝑉 ∗ 1000 ∗ 𝐹𝑐𝑐 𝑁

𝐹𝑐𝑐 = 𝐸𝑚𝑎𝑐 ∗ 𝐸𝑜𝑝

R: Rendimiento (m2/h) L: Largo de la hoja (m) Le: Largo efectivo de hoja (m) αH: Angulo de inclinación hoja N: Numero de pasadas Fcc: Factor comb. Corrección V: velocidad de trabajo (Km/h) Emac: Eficiencia maquina Eop: Eficiencia operador



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

𝑅=



𝑄 ∗ 𝑓 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑇𝑐

R: Rendimiento (m3/h) Q: Capacidad de cucharon (m3) f: Coef. de expansión volumétrico E: Factor de eficiencia Tc: Tiempo de ciclo (min)

Volqueta.- Las volquetas son quizás la maquinaria más utilizada en cualquier tipo de obra civil. Son vehículos automóviles que poseen un dispositivo mecánico para volcar la carga que transportan en un cajón que reposa sobre el chasis del vehículo. La composición mecánica de la volqueta depende precisamente del volumen de material que pueda transportar el cajón. Por tal razón, este tipo de maquinaria de carga cumple una función netamente de transporte ya sea dentro de la misma obra o fuera de ella.

𝑅=

𝑄 ∗ 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑇𝑐

𝑇𝑐 = 𝑛° ∗ 𝑇𝑐𝑝 + 𝑇𝑓 + 𝑇𝑣 𝑛° =

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑎 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁡𝑐𝑢𝑐ℎ𝑎𝑟𝑜𝑛⁡𝑝𝑎𝑙𝑎

R: Rendimiento (m3/h) Q: Capacidad de cucharon (m3) f: Coef. de expansión volumétrico E: Factor de eficiencia Tc: Tiempo de ciclo (min) Tcp: Tiempo de ciclo pala n°: Numero de ciclos Tf: Tiempo fijo Tv: Tiempo variable



Equipo de compactación. - Las aplanadoras se utilizan en construcción para compactar materiales. Son imprescindibles durante la construcción de carreteras, tanto en la sub-base como en las mezclas asfálticas, siendo utilizadas también para alisar superficies u otro tipo de tareas en obras diversas. Para la compactación de materiales cohesivos tales como arcilla se utilizan apisonadoras con elementos salientes en la superficie del cilindro, siendo usual denominarlas "pata de cabra". 𝑅=

𝐵 ∗ 𝑒 ∗ 𝑉 ∗ 1000 𝑛

R: Rendimiento (m3/h) B: Ancho efectivo del rodillo (m) e: Espesor de capa compactada (m) V: Velocidad (Km/h) n: Numero de pasadas



Camión aguatero.- El camión cisterna es una de las muchas variedades de camión que sirve tanto para el transporte de líquidos como para su mantenimiento por tiempo prolongado según sus características. Entre estos se destacan por su mayor uso los de agua para regadío y trasvase. 𝑅𝑡𝑒𝑜 =

𝐶 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑇𝑐

𝑇𝑐 = 𝑇1 + 𝑇2 + 𝑇𝑓 + 𝑇𝑣 𝐶 𝐽

𝑇1 = ⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑇2 =



𝐶 𝐽𝑣

R: Rendimiento (m3/h) C: Capacidad tanque (Lts) Tc: Tiempo de ciclo (min) T1: Tiempo de carga tanque (min) T2: Tiempo de descarga tanque(min) J: Caudal de carga Jv: Caudal de descarga

Pavimentadora.- Una máquina pavimentadora asfáltica o una pavimentadora de asfalto es una máquina que distribuye y le da forma al asfalto, la combinación de agregado y un agente aglutinante que se utiliza en la pavimentación de caminos. El asfalto es puesto en un área determinada como una carretera o un estacionamiento por las pavimentadoras de asfalto, que también terminan la tarea de compactarlo. 𝑅=

𝑑 ∗ 𝑒 ∗ 𝐿𝑒 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑇𝑐

R: Rendimiento (m3/h) d: Distancia de trabajo recorrido (m) Le: Ancho útil de la pavimentadora E: Factor de eficiencia Tc: Tiempo de ciclo (min)



Carro imprimador. -Se utilizan para la aplicación de capas de imprimación o fijación sobre una superficie con el fin de prepararla para el pavimentado. Están disponibles en modelos montados sobre camiones o remolques y se consideran la pieza de equipo más importante para cualquier proyecto de tratamiento superficial de asfalto. Consisten en un tanque aislado con un sistema de calefacción, un irrigador de asfalto, y el sistema de control único.

𝑅=



𝑄 ∗ 𝐸 ∗ 60 𝑖 ∗ 𝑇𝑐

R: Rendimiento (m2/h) Q: Capacidad del tanque (Lts) E: Factor de eficiencia Tc: Tiempo de ciclo (min) i: Tasa de imprimación

Escarificador. - Este puede ubicarse en parte trasera o delantera de Motoniveladora y sirve para desgarrar el suelo en caso que este se encuentre en un estado demasiado compactado.

2.3. Procedimiento de construcción Consiste en las actividades a realizarse en el orden que el proyecto lo demanda, de los cuales se recalcan los más importantes: 

Limpieza: Se efectuará la demolición y el retiro de edificaciones y otras instalaciones que obstruyan, crucen y obstaculicen de alguna manera la obra además como es de esperarse los terrenos se encuentran de forma natural; es decir que se presenta vegetación como ser árboles, malezas, matorrales, etc. los cuales deben ser extraídos para que el terreno pueda ser trabajado, para lo mencionado se debe tener el mínimo conocimiento de la topografía del terreno para así seleccionar la maquina más apropiada, entre ellas se encuentra el bulldozer la cual teóricamente es la máquina más adecuada para el desmonte debido a que su hoja posee la suficiente fuerza para realizar cortes lo cual facilita la extracción de vegetación, por contraparte trabaja mejor cuando el terreno es suficientemente firme para soportarla y cuando no hay hoyos, zanjas, lomas pronunciadas y rocas. Otras máquinas que se pueden utilizar son: el tractor y la pala excavadora. Para el proyecto se especificará la elegida posteriormente en el apartado 4.2.



Corte y relleno: Este trabajo consiste en el conjunto de las actividades de excavar, remover, cargar, transportar hasta el límite de acarreo libre y colocar en los sitios de desecho, los materiales provenientes de los cortes requeridos para la explanación y préstamos, indicados en los planos y secciones transversales del proyecto. Además de lo mencionado con esta actividad se terminará de efectuar la correcta limpieza del terreno.  Excavación para la explanación El trabajo comprende el conjunto de actividades de excavación y nivelación de las zonas comprendidas dentro del prisma donde ha de fundarse la carretera, incluyendo taludes y cunetas; así como la escarificación, conformación y compactación de la subrasante en corte.  Conformación de terraplenes Los terraplenes son macizos de tierra y piedra que se levantan a para asentar una carretera y cuya conformación requiere los depósitos de materiales provenientes de cortes o prestamos dentro de los límites de las secciones de diseño que definen el cuerpo de la carretera. La construcción de terraplenes comprende: a) Esparcimiento, conveniente humedecimiento o desecación y compactación de los materiales provenientes de cortes o préstamos, para la construcción del cuerpo del terraplén, hasta los 60 cm. por debajo de la cota correspondiente a la rasante de terraplenado.

b) Esparcimiento, homogeneización, conveniente humedecimiento o desecación y compactación de los materiales seleccionados provenientes de cortes o préstamos para la construcción de la capa final del terraplén, de 60 cm., hasta la cota correspondiente a la subrasante. c) Esparcimiento, conveniente humedecimiento o desecación y compactación de los materiales provenientes de cortes o préstamos destinados a sustituir eventualmente los materiales de calidad inferior, previamente retirados, a fin de mejorar las fundaciones de los terraplenes. 

Compactación Se realiza este proceso artificial con la finalidad de mejorar las propiedades mecánicas de un suelo precisamente incrementando su densidad y por tanto la resistencia del mismo. Consiste en que un equipo pesado realice un determinado número de pasadas por la cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto entre ellas reduciendo así la relación de vacíos.



Conformación de capa base y sub-base Este trabajo comprende el carguío, extendido y compactado de las capas base y subbase con la finalidad de conformar una estructura que junto con la capa de pavimento formaran una superficie uniforme y estable que soportara las cargas producidas por los vehículos y así mejorando las condiciones de transitabilidad de los mismos. Capa sub-base Está constituida de capas de suelo natural, mezclas de suelos naturales con gravas naturales o con agregados triturados, en conformidad con los espesores, alineamientos y sección transversal indicados en el diseño de la carretera. Capa base La ejecución y control de la capa base de material granular natural o triturado, que constituye una capa de la estructura del pavimento con espesor constante en toda la sección transversal. Esta capa se colocará debidamente compactada y regularizada, respetando el alineamiento, perfil y secciones transversales indicados en el proyecto. La base estabilizada granulométricamente está constituida por una capa granular colocada sobre la sub base, subrasante o sobre el refuerzo estructural compactada. Esta capa será ejecutada con materiales previamente seleccionados Se requieren los siguientes tipos de equipo, en excelentes condiciones de operación, para la ejecución de la capa base y sub-base: a) Planta trituradora seleccionadora o dosificadora, según el caso si es necesario. b) Equipo de extracción y transporte. c) Motoniveladora pesada con escarificador.

d) Camión tanque distribuidor de agua. e) Rodillos compactadores lisos vibratorios, neumáticos y rodillos de grillas. 

Pavimentación En ingeniería civil, el pavimento forma parte del firme y es la capa constituida por uno o más materiales que se colocan sobre el terreno natural o nivelado, para aumentar su resistencia y servir para la circulación de personas o vehículos. Entre los materiales utilizados en la pavimentación urbana, industrial o vial están los suelos con mayor capacidad de soporte, los materiales rocosos, el hormigón y las mezclas asfálticas.

2.4.

Selección de equipos

Existen una gran variedad de equipos para la construccion de carreteras. Tiene mucha importancia la correcta selección de equipos ya que es un factor determinante tanto económicamente como en el tiempo que transcurra en la ejecución de la obra

3. CALCULO DE RENDIMIENOS 3.1. Determinación del rendimiento de maquinaria utilizada en limpieza. Como se mencionó anteriormente el primer proceso para la construcción de la carretera es la limpieza, el rendimiento para la maquinaria utilizada en este proceso para una progresiva de 20 metros se calcula a continuación: 3.1.1. Tractor bulldozer TRACTOR D–9 D–8 D–7 D–6 D–4 D–2

HOJA ANGULAR m3 5,35 3,67 2,90 1,90 1,30 0,76

OPERACIÓN

TIPO DE TRACTOR

HORA EFICAZ

Diurna

Orugas Ruedas Orugas Ruedas

50 minutos/hora 45 minutos/hora 45 minutos/hora 40 minutos/hora

Nocturno

HOJA EN “U” m3 4,97 -

HOJA RECTA m3 6,88 3,82 3,14 1,98 1,45 0,76

FACTOR DE EFICIENCIA 0,83 0,75 0,75 0,67

Datos:     

   

L = 3.9 m Q = 5.35 m3 E = 0.75 f=1 a = 8.3 m

𝑉𝑜𝑙 = 𝑎 ∗ 𝑒 ∗ 𝐷 = 8.3 ∗ 0.15 ∗ 20 𝑽𝒐𝒍 = 𝟐𝟒. 𝟗𝟎⁡𝒎𝟑

Tf = 2.5 min V = 5 Km/h D = 20 m e = 0.15 m

𝐷 20 60 𝑇𝑣 = ( ) ∗ 2 = ( ∗ )∗2 𝑉 5 1000

𝑇𝑐 = 𝑇𝑓 + 𝑇𝑣 = 2.5 + 0.48 𝑻𝒄 = 𝟐. 𝟗𝟖⁡𝒎𝒊𝒏

𝑻𝒗 = 𝟎. 𝟒𝟖⁡𝒎𝒊𝒏

𝑅=

𝑄 ∗ 𝐸 ∗ 𝑓 ∗ 60 5.35 ∗ 0.75 ∗ 1 ∗ 60 = 𝑇𝑐 2.98 𝒎𝟑

𝑹 = 𝟖𝟎. 𝟕𝟗⁡ 𝒉𝒓

𝑇=

𝑉𝑜𝑙 24.90 = 𝑅 80.79

𝑻 = 𝟎. 𝟑𝟏⁡𝒉𝒓

3.1.2. Pala cargadora

Datos   

 

Q= 3.4 m3 f = 0.72 E = 0,75

𝑇𝑣 =

K = 0.75 Tf = 2 min.

𝐷 𝐷 20 ∗ 60 20 ∗ 60 + = + 𝑉𝑖 𝑉𝑣 4 ∗ 1000 5 ∗ 1000 𝑻𝒗 = 𝟎. 𝟓𝟒⁡𝒎𝒊𝒏

𝑇𝑐 = 𝑇𝑓 + 𝑇𝑣 = 2 + 0.54 𝑻𝒄 = 𝟐. 𝟓𝟒⁡𝒎𝒊𝒏

𝑅=

𝑄 ∗ 𝐸 ∗ 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 60 3.4 ∗ 1 ∗ 0.75 ∗ 0.75 ∗ 60 = 𝑇𝑐 2.54 𝒎𝟑

𝑹 = 𝟒𝟓. 𝟏𝟖⁡ 𝒉𝒓

𝑉𝑜𝑙 = 𝑎 ∗ 𝑒 ∗ 𝐷 = 8.3 ∗ 0.15 ∗ 20 𝑽𝒐𝒍 = 𝟐𝟒. 𝟗𝟎⁡𝒎𝟑

𝑇=

𝑉𝑜𝑙 24.90 = 𝑅 45.18

𝑻 = 𝟎. 𝟓𝟓⁡𝒉𝒓

3.1.3. Volqueta Datos    

  

Dos volquetas Q= 8 m3 f = 0,72 E = 0,75

𝑛=

K = 0.75 TF = 3 min Tcp = 2.54 min

𝑄 8 = 𝑄𝑝 3.4

𝒏 = 𝟐. 𝟑𝟓 ≈ 𝟑⁡𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐𝒔

𝑇𝑐𝑣 ⁡ = ⁡𝑛 ∗ 𝑇𝑐𝑝 ⁡ + ⁡ 𝑇⁡𝑓 + ⁡ 𝑇𝑣 = 3 ∗ 2.54 + 3⁡ +

3 ∗ 60 3 ∗ 60 ⁡+⁡ 30 ∗ 1 40 ∗ 1

𝑻𝒄𝒗 ⁡ = ⁡𝟐𝟏. 𝟏𝟐⁡𝒎𝒊𝒏

𝑅=

𝑄 ∗ 𝐸 ∗ 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 60 8 ∗ 0.75 ∗ 1 ∗ 0.75 ∗ 60 = 𝑇𝑐𝑣 21.12 𝒎𝟑

𝑹 = 𝟏𝟐. 𝟕𝟖⁡ 𝒉𝒓 Usando dos volquetas:

𝟑

𝑹 = 𝟐𝟓. 𝟓𝟔⁡𝒎𝒉𝒓

𝑇=

𝑉𝑜𝑙 24.90 = 𝑅 25.56

𝑻 = 𝟎. 𝟗𝟕⁡𝒉𝒓

3.2. Determinación de rendimiento de maquinaria utilizada en corte y relleno Continuando con el cronograma de actividades, lo siguiente a realizar es el cálculo del rendimiento para la excavadora, pala cargadora y volqueta para los procesos de corte y de relleno. 3.2.1. Excavadora Datos: 

Q = 1 m3



E = 0.75

 



f = 0.72 K = 0.75

𝑅=

𝑄 ∗ 𝐸 ∗ 𝑓 ∗ 𝑘 ∗ 60 1 ∗ 0.75 ∗ 0.72 ∗ 0.75 ∗ 60 = 𝑇𝑐 2 𝒎𝟑

𝑹 = 𝟏𝟐. 𝟏𝟓⁡ 𝒉𝒓

Anchura del tambor 2130 mm

Peso de funcionamiento 16 170 kg

Tc = 2 min