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EXCAVADORAS Y LA EXCAVACIÓN EN OBRA

CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu 11

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bra

Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu

Dpto. de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos

e-mails:

Ingeniería de la Construcción

[email protected] [email protected] –– [email protected]@unican.es

Dr. Daniel Alvear Portilla

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bra

Esta presentación ha sido realizada en base a la

información facilitada por:- www.caterpillar.com

- www.komatsu.com

- www.volvo.com

- www.orenstein-koppel.de

- www.liebherr.com

- Imágenes varias de archivo

- Bibliografía Especializada consultada

- Estudios y Trabajos de GIDAI

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bra EXCAVACIÓN

Consiste en un conjunto de operaciones para

excavar y nivelar zonas donde ha de asentarse

la obra, con el consiguiente transporte de los

productos removidos a depósito o lugar de

empleo. * según PG-3

Su ejecución incluye las operaciones siguientes:

� ampliación de trincheras y/o mejoras de taludes

� excavación de suelos inadecuados




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bra

CLASIFICACIÓN DE LAS EXCAVACIONES

EXCAVACIONES EN ROCAEXCAVACIONES EN ROCA

EXCAVACIONES EN TERRENO DE TRANSITOEXCAVACIONES EN TERRENO DE TRANSITO

EXCAVACIONES EN TIERRAEXCAVACIONES EN TIERRA

� Comprende todas las masas de rocas, depósitos

estratificados, y la de todos aquellos materiales que presenten características de roca maciza. USO DE EXPLOSIVOS

� Comprende todos los materiales formados por rocas descompuestas, tierras muy compactas, y todos aquellos en

que para su excavación NO SEA NECESARIO EXPLOSIVOS.

� Comprenderá a todos los materiales NO incluidos en los apartados anteriores.

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bra

Excavaciones Subacuáticas - Dragados

Excavaciones a Cielo Abierto

• OBRAS

• MINERIA

- Tamaño

- Altura de corte

- Constricciones

- Material

• grande

• mediano

• pequeño

• encima

• debajo

• laterales

• frontales

• de fondo

• banco

• prevolado/rippado

• suelto

Excavaciones Subterráneas - Túneles

CLASIFICACIÓN

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bra

ESTUDIO

DEL PROYECTO

Y SELECCIÓN

DEL EQUIPO,

PRESTA MOS

Y PRIORIDADES

ESTUDIO

DEL PROYECTO

Y SELECCIÓN

DEL EQUIPO,

PRESTA MOS

Y PRIORIDADES

ENVIO

DEL EQUIPO

A LA

OBRA

CONSTRUCCION

DE CAMINOS

DE ACCESOS

Y DRENAJES

INICIOS DE

EXCAVACIONES

Y RELLENOS

S/ PRIORIDADES

ACARREO DE

MATERIAL

SOBRANTE

FUERA DE LA

OBRA

REPLANTEO

PARA

EXCAVACIONES

ACARREO

DE MATERIAL

DE MEJOTO.

A LA OBRA

DESDE

CANTERA

LLUEVE

TRABAJOS

MINIMOS EN

ELDRENAJE

SIN PARALIZAR

TRABAJOS

TERMINACION

DE LOS

TRABAJOS

RED DE EXCAVACIONES

PARA EXPLANACIONES

RED DE EXCAVACIONES

PARA EXPLANACIONES




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bra

Máquina autopropulsada sobre ruedas o

cadenas con una superestructura capaz de

efectuar una rotación de la menos 360º, que

excava o carga, eleva, gira y descarga

materiales por la acción de una cuchara

fijada a un conjunto de pluma balancín o

brazo, sin que el chasis o la estructura

portante se desplace.

E X C A V A D O R A SE X C A V A D O R A S

Norma UNE 115-405-88 ---- ISO 6165

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bra

� De las FASES BÁSICAS del MMT, la

EXCAVADORA participa, principalmente, en:

�� ARRANQUE

�� CARGATRANSPORTE

EXTENDIDO

COMPACTACION

EXCAVACION

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bra CLASIFICACIÓN

Por el ACCIONAMIENTOACCIONAMIENTOde sus órganos de trabajo

Por el SISTEMA DE TRASLACIÓNSISTEMA DE TRASLACIÓN

� Excavadoras de cables o mecánicas

� Excavadoras Hidráulicas

� Excavadoras sobre ruedas

� Excavadoras sobre cadenas




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bra

PlumaPluma (de una pieza)

SuperestructuraSuperestructura

Balancín o brazoBalancín o brazo

Chasis PortadorChasis Portador

Corona Corona de Girode Giro

PARTES

Cilindro de la cucharaCilindro de la cuchara

Cilindro del brazoCilindro del brazo

CucharaCucharaRetroRetro

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bra

PlumaPluma (de una pieza)

SuperestructuraSuperestructura

Balancín o brazoBalancín o brazo

Chasis PortadorChasis Portador

Corona Corona de Girode Giro

Cilindro de cucharaCilindro de cuchara

Cilindro del brazoCilindro del brazo PARTES

EstabilizadoresEstabilizadores

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En forma de “H” ó “X”- distribuye las tensiones

- resistencia a flexo-torsión

- rieles laterales curvos troquelados




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bra

500 600 700 770

Zapata simple garraMáxima tracción

Zapata sección trapezoidalGran flotabilidad

Zapata triple garraPara usos múltiples

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� Grandes superficies de sección transversal y aceros de alta calidad

PLUMAS Y BALANCINES

Pluma (de una pieza)

Para aplicaciones estándar

Pluma Ajuste Hidráulico

Para excavación de paredes verticales. Trabajos cerca de obstáculos o en espacios reducidos.

Pluma Articulada Lateral

La geometría de la pluma mantiene el cucharón paralelo al suelo en posición desplazada .

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EX

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RA

S Y

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XC

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AC

IÓN

EN

O

BR

ACONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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. Capote A

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7

© Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu

Las Excavadoras y la Excavación en Obra© Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu

Las Excavadoras y la Excavación en ObraDien

tes

Cu

chara B

i-valva

Cu

chara R

etro

Cu

chara F

rente P

ala


Las Excavadoras y la Excavación en Obra




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bra � - aplicaciones severasCortoCorto

- uso general� LargosLargos

� Largos de Serv. PesadoLargos de Serv. Pesado

� De PenetraciónDe Penetraciónautoafilables, para excavación de materiales duros y compactos.

� Afilado Afilado - de esquina

� Afilado Afilado - central

para penetración máxima.

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ACONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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. Capote A

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Las Excavadoras y la Excavación en Obra




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bra CABINASCABINAS � espaciosa

� asiento regulable

� máxima visibilidad

� fácil y seguro acceso� bajo nivel de ruido (LPA 75/LWA 103)

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bra Sistema electrónico paraSistema electrónico para::

� selección del modo de trabajo

� velocidad de traslación y pluma

� potencia máxima y precisión

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bra UN SISTEMA HIDRÁULICO CON UN SISTEMA HIDRÁULICO CON

UN CONTROL ELECTRÓNICO...UN CONTROL ELECTRÓNICO...




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bra

CONTROLCONTROLCONTROLCONTROLCONTROLCONTROLCONTROLCONTROL

ELECTRONICOELECTRONICOELECTRONICOELECTRONICOELECTRONICOELECTRONICOELECTRONICOELECTRONICO

Movimientos lentos con potencia máxima

Precisión en la elevación de la pluma

Movimientos lentos con precisión máxima

Menor oscilación del bastidor en mov.

combinados

Modo H.O.- pot. exc. y mov.rápidos

Modo F.O.- para trabajos acabado

Modo B.O.- para trabajar c/martillos

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bra FACTORES DE SELECCIÓN

FASE FASE DE DE

ARRANQUEARRANQUE

MATERIALES DE CARGA DIRECTAMATERIALES DE CARGA DIRECTA

MATERIALES DE ESCARIFICACIÓNMATERIALES DE ESCARIFICACIÓN

MATERIALES DE PERFORACION Y VOLADURAMATERIALES DE PERFORACION Y VOLADURA

V. Sísmica variable

V. Sísmica < 3,000 m/s

V. Sísmica > 3,000 m/s

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bra

EMPLAZAMIENTO OPTIMO

DE EXCAVADORAS

Y UNIDADES DE ACARREO




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bra

SELECCIÓN DEL BRAZO (Boom), PROFUNDIDAD DE CORTE Y CUCHARA SELECCIÓN DEL BRAZO (Boom), PROFUNDIDAD DE CORTE Y CUCHARA

(Bucket) PARA LA OBTENCION DE OPTIMOS RENDIMIENTOS HORARIOS(Bucket) PARA LA OBTENCION DE OPTIMOS RENDIMIENTOS HORARIOS

PROFUNDIDAD OPTIMA DE CORTE PROFUNDIDAD INEFICIENTE DE CORTE

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bra GRAFICA PARAMETRICA PARA GRAFICA PARAMETRICA PARA

LA SELECCIÓN DEL BRAZO LA SELECCIÓN DEL BRAZO

(Boom), PROFUNDIDAD DE (Boom), PROFUNDIDAD DE

CORTE y CUCHARA (Bucket)CORTE y CUCHARA (Bucket)

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FORMA DE CARGUEFORMA DE CARGUE

LATERAL (DriveLATERAL (Drive--By) CON By) CON

EXCAVADORASEXCAVADORAS




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braFACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE LOS TRABAJOS

La excavadora debe trabajar desde (en) la parte superior de la excavación y las unidades de acarreo (camiones) en la parte inferior.

Controle la profundidad de corte manteniendo la máquina trabajando en la “zona de zona de máxima fuerza de arranquemáxima fuerza de arranque” de la curva parametrica de excavación de la excavadora.

�

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Use el brazo principal mas corto posible de la excavadora con la cuchara (cazo) mayor disponible.

Disponga del numero suficiente de unidades de acarreo (camiones) en el tajo para evitar los tiempos de espera de la excavadora para el cargue.

�

�

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Selecciones la capacidad de sus unidades de acarreo de manera que puedan llenarse en 3 ó 5 ciclos de la excavadora.

Prefiera unidades de acarreo de caja corta y grandes volúmenes antes de las de “caja larga”.

�

�




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Coloque las unidades de acarreo (camiones) en tajo de manera que el segundo camión esté listo para ocupar la posición de carga, terminada la carga del primero.

Imparta instrucciones previas de adiestramientos a los operadores de las excavadoras y a los conductores de las unidades de acarreo para que acoplen sus funciones y trabajos.

�

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bra

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCCION DE LAS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCCION DE LAS EXCAVADORASEXCAVADORAS

Tipo de máquina baseTipo de máquina base

Organo de trabajo que acopleOrgano de trabajo que acople

Labor que realiceLabor que realice

Cinemática de la máquinaCinemática de la máquina

Fuerzas de penetración/elevaciónFuerzas de penetración/elevación

• s/ ruedas

• s/cadenas

• brazo

• balancín• cuchara/accs.

• hidráulica• alcance.

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bra

La producción horaria (Q) de las EXCAVADORAS excavando como RETRO o PALA, se calcula según la

siguiente fórmula:

Q = q x 3600 /Cm x E

Donde:

q : producción por ciclo en m3

Cm : tiempo del ciclo en seg.

E : coeficiente (eficiencia) utilizado

PRODUCCION HORARIA




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bra

q = q1 · K

La producción por ciclo (q), está basada en la capacidad

de la cuchara (q1) que esté utilizando la excavadora (tipo y dimensiones) y el factor de llenado (K) que varía según el tipo

de material para una misma cuchara.

Factor de llenado - K

Fáciles 1,0 - 0,8 - materiales apilados

Media 0,8 - 0,6 - amontonada con dificultad

Regular 0,6 - 0,5 - machaqueo, arcillas duras

Dificultosa 0,5 - 0,4 - rocas y materiales volados

q1 - capacidad colmada SAE

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bra

PRODUCCION

Capacidad de la cuchara:�

Ciclo de Trabajo :�Tiempo Excavación.�Giros

�Descarga

�

PRODUCCIÓN:� Capacidad

� Ciclos/h � Eficiencia

�

• a ras V1 = AW A = área de la secciónW = largo interior de la cuchara

• colmada V2 = AW + BV1 + Volumen adicional (B)

JIS SAE SAE J296/J742bJIS A8401-1976

A

b1/2 b

B

Factor de llenado (K)

W

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bra

El tiempo de ciclo (Cm), es el necesitado por la

excavadora para completar un ciclo, es decir, excavación,

giros, descarga y se calcula por la siguiente expresión:

Cm = texc + (tgiro )x 2 + tdesc.

Donde:

texc : tiempo de excavación * (min.)

tgiro : tiempo de giro (min.)

tdesc : tiempo de descarga (min. )

* depende de de la profundidad y condiciones de excavación

45º - 90º

90º - 180º

4 - 7 seg.

5 - 8 seg.

Descarga en área fija 5 - 8 seg.

Descarga en área NO fija 3 - 6 seg.




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bra

El trabajo de acabado o perfilado de taludes por su

especificas operaciones se calcula por la siguiente

expresión:

PERFILADO DE TALUDESPERFILADO DE TALUDES

A =A = Ancho de cucharón x longitud de perfilado x 3600 /Cm x E

Donde:

A : producción horaria en m2/h

Cm : tiempo del ciclo en seg.

E : coeficiente (eficiencia) utilizado

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bra PERFILADO DE TALUDESPERFILADO DE TALUDES

El tiempo de ciclo (Cm), es el necesitado por

la excavadora para completar un ciclo, es decir,

tiempo de perfilado y tiempos de traslados o

desplazamientos a nuevas posiciones de trabajo

y se calcula por la siguiente expresión:

Cm = tperfilado + ttraslados

t perfiladoLongitud de perfilado

Velocidad de perfilado=

0,02≥ 4

0,052,0 – 4,0

0,081,0 – 2,0

0,10,5 – 1,0

0,2 ≤ 0,5

Velocidad (m/s)Longitud (m)

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* tiempo en segundos

FácilFácil MedioMedio RegularRegular DificultosaDificultosa

Condicionesde excavación

Profundidadde excavación

0 0 -- 2 m2 m

0 0 -- 4 m4 m

> 4 m> 4 m

66

77

88

99

1111

1313

1515

1717

1919

2626

2828

3030




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bra

Condicionesdel Trabajo

Mantenimiento de la máquina

Excelente Bueno Normal PobreAlgo pobre

Excelente

Bueno

Normal

Algo pobre

Pobre

0,83 0,81 0,76 0,70 0,63

0,78 0,75 0,71 0,65 0,60

0,72 0,69 0,65 0,60 0,54

0,63

0,52

0,61

0,50 0,47

0,57 0,52

0,42

0,45

0,32

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bra RENDIMIENTOS MEDIOS DE EXCAVADORA HIDRÁULICA

CON EQUIPO PALA FRONTAL

Capacidad de la cuchara en m3

OPERACIÓN 0,35 0,50 0,65 1,0 2,0

A

B

C

D

E

50

54

45

45

37

72

76

64

65

55

91

95

83

80

78

140

145

130

119

118

258

268

266

233

231

A Excavación y carga de tierra, barro, arcilla, grava y similares.

Carga de tierra, barro, arcilla, grava y similares con piedras que por su tamaño NO obstruyen la carga.BCarga de tierra, barro, arcilla, grava y similares con piedras que por su tamaño obstruyen la carga.C

D Excavación y carga roca blanda.

E Carga roca fracturada producto de explosivos.

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CON EQUIPO RETRO


OPERACIÓN 0,35 0,50 0,65 1,0 2,0

A

B

C

D

E

41

37

32

30

25

72

76

64

65

55

91

95

83

80

78

140

145

130

119

118

258

268

266

233

231

A Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad de hasta 2 m.

BCDE

Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad > de 2 m y < 5 m.

Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad > de 2 m y < 5 m.

Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad de hasta 2 m.

Excavación de zanjas y cimientos en fango, en profundidad de mas de 2 m y hasta 5 m.

S/ CADENASS/ CADENAS




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CON EQUIPO RETRO


OPERACIÓN 0,25 0,30 0,50 0,60

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A Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad de hasta 2 m.

BCDE

Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad > de 2 m y < 5 m.

Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad > de 2 m y < 5 m.

Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad de hasta 2 m.

Excavación de zanjas y cimientos en fango, en profundidad de mas de 2 m y hasta 5 m.

S/NEUMÁTICOSS/NEUMÁTICOS

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bra ESPECIAL PARA DEMOLICIONES

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bra CONTROL VIA SATELITE

Cortesía de NIST Building and Fire Research




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bra

Prof. Dr. Jorge A. Capote AbreuDr. Daniel Alvear PortillaIngeniería de la Construcción

Dpto. de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA-

Dirección:

GIDAIGIDAI – Grupo de Investigación y Desarrollo de Actuaciones IndustrialesE.T.S. Ingenieros Industriales y Telecomunicación

Avda. Los Castros, s/n39005 SANTANDER (Cantabria)

ESPAÑA

Telf. 942-20.1826 Fax: 942-20.1873

e-mail: [email protected]

http://grupos.unican.es/GIDAIGIDAI/

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FinFin

363n en obra 2006.ppt) - grupos.unican.es excavadoras y la excavación... · excavadoras y la...

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