FACULTAD DE INGENIERA ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA DE INGENIERA CIVIL

INGENIERA DE LA CONSTRUCCIN I

DOCENTE: Ing. Mg. Carlos Mondragn Castaeda

ESTUDIANTE: BECERRA PINTADO, Richard Antony.

TEMA:Rendimiento y seleccin de Cargadores Frontales y Retroexcavadoras

Pimentel, 19 de febrero del 2015

RENDIMIENTO Y SELECCIN DE CARGADORES FRONTALES Y RETROEXCAVADORASI. RENDIMIENTO Y SELECCIN DE MAQUINARIAS

1.1. RENDIMIENTO DE LA MAQUINARIA

La produccin o rendimiento de una maquina es el nmero de unidades de trabajo que realiza en la unidad de tiempo, generalmente una hora:

Produccin = Unidades de trabajo / hora

Las unidades de trabajo o de obra ms comnmente empleadas en un movimiento de tierra son el m3 o la tonelada, pero en otras actividades de la construccin se usan otras ms adecuadas. La unidad de tiempo ms empleada es la hora, aunque a veces la produccin se expresa por da.

1.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE UNA MAQUINARIA

Resistencia al rodamiento: es la fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas. El vehculo no se mover mientras no se venza esta fuerza. Esta resistencia se mide en kilogramos y la fuerza necesaria para vencerla se expresa en kilogramos de traccin. Depende del tipo de suelo y del inflado de los neumticos (cuando sea el caso).

Resistencia por pendiente: debido a la fuerza de gravedad que acta sobre el vehculo, la inclinacin del terreno ofrece resistencia al movimiento de la maquina en el ascenso. Esta resistencia tambin se mide en kilogramos. Al descender una pendiente, la fuerza de gravedad es favorable y se denomina ayuda en pendientes.

Eficiencia de operacin: es el porcentaje de tiempo que la maquina efectivamente trabaja durante las ocho horas que dura la jornada. Este factor lo determina cada empresario o contratista y por lo general es de 5/6 que significa que la maquina trabaja 50 cada 60minutos (0.83).

Condiciones climticas: las horas de trabajo efectivas de un equipo se ven afectados por la lluvia, viento y condiciones climticas desfavorables.

Efectos de la altura sobre el nivel del mar: debe tomarse en cuenta que al aumentar la altura sobre el nivel del mar, disminuye la presin atmosfrica y baja la potencia de todo motor de aspiracin natural. Lgicamente, se reduce la fuerza de traccin del vehculo. Al estimar el rendimiento, el factor de eficiencia en el trabajo es uno de los elementos ms complicados, pues depende de los factores humanos ( de parte de administracin y de los operadores) tales como la experiencia, la dedicacin, disponibilidad y destreza para efectuar determinada labor. Existen factores que se aplican al calcular determinada labor. Existen factores que se aplican al calcular el rendimiento que dependen de la organizacin y tamao de la obra, cuyos valores varan dependiendo de los criterios utilizados. 1.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIN DE UNA MAQUINARIA

Tipos de materiales que se van a excavar. Tipo y tamao del equipo para el transporte. Capacidad de soporte de carga del piso original. Volumen del material excavado que se va a mover. Volumen que se va a mover por unidad de tiempo. Longitud del acarreo. Tipo del camino del acarreo. Maniobrabilidad Compactacin Costo

II. CARGADOR FRONTAL

El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas, que tiene una cuchara de gran tamao en su extremo frontal. Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavacin en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en distancias cortas.2.1. CLASIFICACIN

De acuerdo a la forma de efectuar la descarga

Descarga frontal Descarga lateral Descarga trasera

De acuerdo a la forma de rodamiento

Neumticos Orugas

Cargador sobre neumticosLoscargadores sobre neumticos, llamados tambincargadores sobre ruedas, son uno de los equipos ms usados enconstruccinhoy en da. Conocidos por su extrema versatilidad y capacidad de carga til, estas mquinas realizan mltiples tareas a un bajo precio. Los cargadores frontales son usados primordialmente en aplicaciones de construccin como el manejo de material, excavacin, carga y transporte, construccin de carreteras, y preparacin de lugares. Tienen direccin articulada que les facilita los virajes en espacios reducidos, gracias a su menor radio de giro.

Cargador sobre orugas

Eltractor sobre orugases un vehculo para laconstruccinque se mueve sobre orugas en vez de ruedas. Las orugas extienden el peso del vehculo sobre una superficie ms grande, permitiendo al tractor ejercer una fuerza menor por unidad de rea sobre la tierra. Una variedad deaccesoriospueden ser agregados al tractor sobre orugas, maximizando de esta manera su utilidad. Cuando una hoja topadora es agregada a la parte frontal del tractor sobre orugas, es comnmente referido como "buldcer". Con un cargador agregado, se convierte encargador sobre orugas. Se utilizan principalmente en trabajos de cantera y en terrenos inestables, en nivelaciones y movimiento de tierras de gran volumen, ya que su tren de rodaje especialmente diseado para trabajos pesados y difciles les permite una mayor adherencia al terreno y una mayor estabilidad.

2.2. APLICACIONES DEL CARGADOR FRONTAL

Construccin de caminos. Movimiento de tierras. Explotacin de yacimientos mineros. Carga de minerales. En tratamiento de materiales de desecho, rellenos sanitarios. Reconstruccin y limpieza de canales, costas, arroyos y ros. Despeje de nieve Limpieza de una ciudad extrayendo residuos. Construccin de obras civiles. En la demolicin.

2.3. RENDIMIENTO DEL CARGADOR FRONTAL

Para poder obtener el rendimiento de un cargador frontal se requiere conocer las caractersticas de la maquinaria, as como, las especificaciones de sus aditamentos, sta informacin la podemos obtener del catlogo del fabricante.La productividad de un cargador frontal se calcula en m3/hora. Puede determinarse, estimando la carga real medida en banco de material, y calculando el tiempo que toma el manejar cada cucharn lleno. En otras, palabras, el encargado de planeacin estima la carga del cucharn y su tiempo de ciclo.Luego puede calcular la productividad para el tiempo medio gastado en cada hora de produccin real. Esta es la manera de estimar los metros cbicos por hora para cualquier equipo de construccin que maneje material.

El rendimiento de un cargador est afectado por: Tiempo de carga - Tiempo de excavacin. Tiempo: De transporte, descarga y retorno Tipo de terreno Velocidad de los hidrulicos Posicin respecto a la carga Operador (habilidad) y operacin del cargador frontal. Capacidad del cucharn o balde

2.1.1. Tipos de Cargador Frontal (Pala cargadora)Es una maquina autopropulsada equipada con una cuchara frontal y un sistema de brazos por cilindros hidrulicos, en funcin de su tren motriz existen dos tipos de palas: Los Cargadores de cadena (orugas)Se usan en bancos donde existen rocas filosas. Adaptacin, aplicaciones especficas y sencillas; con diversas configuraciones.En cuanto a su clasificacin se tienen: Equipos chicos, equipos medianos, equipos grandes y para rellenos sanitarios.

Los de ruedas (neumticos).Se usan en bancos de material triturados que no tengan rocas filosas. Suministran alto rendimiento, versatilidad y precisin.En cuanto a su clasificacin se tienen: Compactos, Equipos chicos, equipos medianos, equipos grandes y con configuracin para rellenos sanitarios.

2.1.2. Tipos de trabajo que realiza.En movimiento de tierras, es en principio una maquina destinada a recoger el material arrancada por otra mquina y depositarlo en el equipo de transporte (volquete), para remocin de escombros, empujar, recoger y transportar material a distancias cortas, en nivelacin para trabajos de acabado en sitios de construccin.

Se usa especialmente para excavar en sitios en los cuales el cargador est ubicado por debajo del nivel en el cual acta el cucharon.

Segn las necesidades maneja distintos tipos de cucharn:

Normal para cargar De descarga lateral De alta capacidad para material liviano, o para material suelto Con garras para levantar basura o escombros Tambin se le pueden adaptar hojas para diferente tipo de trabajo La frmula para obtener el rendimiento de un cargador frontal es:

Q= Capacidad del cucharon en material suelto. E= Eficiencia F= Factor de esponjamiento Cm = Tiempo que dura el ciclo de trabajo

2.1.3. Consideraciones importantes

La produccin requerida de un cargador de ruedas o de cadenas debe ser ligeramente mayor que la capacidad de produccin de las otras mquinas bsicas del sistema existente para mover tierra o materiales. Por ejemplo, si una tolva puede recibir 300 ton/hora, se debe usar un cargador con capacidad ligeramente mayor de 300 toneladas. Debe estimarse con cuidado la produccin requerida a fin de elegir la mquina y cucharn adecuados. Tiempos de ciclo del cargador. Puesto que el tipo de material, la altura de la pila y otros factores pueden elevar o reducir la produccin, su efecto se debe sumar o restar del tiempo de ciclo bsico. Cuando haya acarreos, obtenga la porcin del ciclo correspondiente al tiempo de desplazamiento en la grfica respectiva de estimaciones de esta seccin. Para hallar el tiempo total del ciclo, aada los tiempos de acarreo y retorno al tiempo de ciclo bsico.

2.1.4. Factores de tiempo de cicloLos siguientes valores de muchos elementos variables se basan en operaciones normales. Al sumar o restar los tiempos variables se obtendr el tiempo total de ciclo bsico.

Estimacin del Tiempo de CicloPara hallar el nmero de cargas por hora de un cargador de cadenas, hay que determinar el tiempo del ciclo. El tiempo total del ciclo incluye los segmentos siguientes:Tiempo de carga + Tiempo en maniobras + Tiempo de viaje + Tiempo de descarga.

Tiempo de carga:

MaterialMinutos

Agregados uniformes0,03-0,05

Agregados hmedos mezclados0,03-0,06

Limo hmedo0,03-0,07

Tierra, piedras, races0,04-0,20

Materiales cementados0,05-0,20

Tiempo en maniobrasIncluye el de recorrido bsico, los cuatro cambios de sentido de marcha, y el tiempo para los giros. Es de unos 0,20 min. Con un operador competente. Tiempo de viajeEn operacin de carga y acarreo, consta del tiempo de acarreo y el tiempo de regreso. Se puede obtener de las tablas de viaje de esta seccin.

Tiempo de descargaDepende del tamao y resistencia del vehculo o tolva en que se vaca, y vara de 0,00 a 0,10 minutos. Los tiempos tpicos de descarga en camiones para carretera son de 0,04 a 0,07 min.

2.1.5. Ejemplo aplicativoCalcular el rendimiento de un cargador (modelo: FR 140), teniendo los siguientes datos: Eficiencia de la maquina0.83 Factor de esponjamiento1.10 Eficiencia del cucharn85% Distancia a transportar50 m. Velocidad de vuelta10 km/h Velocidad de ida5 km/h El tiempo de ascenso-descarga-descenso 20 segundos Capacidad del cucharn en m2.5m

Solucin: Calculo de ciclo de trabajo

tf = = 0.33 min

tv = =0.9 min = 1.23 min

Clculo del rendimiento:

2.4. SELECCIN DE CARGADORES FRONTALES

Medios para elegir el cucharon de tamao adecuado

2.2.1 Determinar la produccin requerida:

La produccin requerida de un cargador de ruedas debe ser ligeramente mayor a la capacidad de produccin de las otras mquinas bsicas del sistema para mover tierra o materiales. Debe estimarse con cuidado la produccin requerida a fin de elegir la mquina y cucharn adecuados.

2.2.2 Determinar el tiempo de ciclo del cargador y el nmero de ciclos por hora

Cuando se acarrea material granular suelto en un suelo duro y parejo como en nuestro caso, se considera razonable un tiempo bsico de 0.45 a 0.55 minutos por ciclo en los cargadores articulados con operador competente. Esto incluye la carga, descarga, cuatro cambios de sentido de marcha, un ciclo completo del sistema hidrulico y recorrido mnimo.

Puesto que el tipo de material, la altura y el montn y otros factores pueden elevar o reducir la produccin, se deben sumar o restar del tiempo de ciclo bsico. Para hallar el tiempo total del ciclo, se aade los tiempos de acarreo y de retorno al tiempo de ciclo bsico. Al sumar o restar los tiempos variables, se obtendr el tiempo de ciclo bsico:

MaterialesMinutos a sumar o a restar del ciclo bsico

Mezclados+0.02

Hasta 3mm (1/8 pulg)+0.02

De 3 mm (1/8 pulg) a 20mm (3/4 pulg)-0.02

De 20mm (3/4 pulg) a 150mm (6 pulg)0.00

Ms de 150mm (6 pulg)+0.03 y ms

Banco o fracturado+0.04 y ms

PILA

Transportador o topadora apilado a ms de 3m (10ft)0.00

Transportador o topadora apilado a menos de 3m (10ft)+0.01

Descargado por camin+0.02

VARIOS

Mismo propietario de camiones y cargadoresHasta -0.04

Propietario independiente de camionesHasta +0.04

Operacin constanteHasta -0.04

Operacin intermitenteHasta +0.04

Punto de carga pequeoHasta +0.04

Punto de carga frgilHasta +0.05

Utilizando las condiciones reales de trabajo y los factores indicados, se puede estimar el tiempo de ciclo total. Convierta el tiempo de ciclo total en ciclos por hora:Ciclos por hora a 100% de eficiencia

2.2.3 Determinar la carga til requerida por ciclo

Para obtenerla, se divide la produccin requerida en una hora por el nmero de ciclos por hora.Carga til requerida =

2.2.4 Determinar el tamao requerido del cucharn

Una vez calculada la carga til requerida por ciclo, se divide por el peso de un m3 de material suelto, a fin de hallar el volumen de material suelto por ciclo. Se obtiene el promedio de densidades de ciertos materiales cuando no se conocen los pesos.

Volumen requerido/ciclo =

Se estima a continuacin el porcentaje de la capacidad indicada que mueve el cucharn con diversos materiales. El tamao para mover el volumen requerido por ciclo se obtiene mediante el porcentaje de la capacidad indicada del cucharon, denominado Factor de acarreo del cucharon

El tamao requerido se halla dividiendo por el factor de acarreo el nmero de m3 de material suelto por ciclo, que se considere necesario.

Tamao del cucharn =

Factor de acarreo del cucharn

La siguiente tabla indica las cantidades aproximadas de un material suelto como porcentaje de la capacidad indicada del cucharn, o sea lo que mover el cucharon por ciclo. Se denomina factor de acarreo.

Tamao de los integrantes del material sueltoFactor de acarreo

Agregados hmedos mezclados95 a 100%

Agregados uniformes hasta de 3mm (1/8 pulg)95 a 100%

De 3 a 9 mm (1/2 pulg a 3/8 pulg)85 a 90%

De 12 a 20 mm (1/2 pulg a pulg)90 a 95%

De 25 mm (1 pulg) o ms85 a 90%

Eleccin del cucharn

Ton requeridas / ciclo =

Toneladas requeridas/ciclo =

Kg requeridos / ciclo =

Volumen requerido/ciclo =

2.2.5 Eleccin de la maquina:

La capacidad requerida de la mquina puede calcularse multiplicando la capacidad colmada del cucharn elegido por la densidad del material suelto. Los manuales de los fabricantes nos dan la capacidad de operacin recomendada para cada uno de sus modelos, pudiendo as obtener la maquina ms apropiada.

Eleccin del cucharn basada en la carga indicada (Productos Caterpillar)

Se debe escoger siempre una mquina de mayor capacidad que la requerida de operacin, segn clculos.Para rendimiento ptimo en trabajos de ciclos rpidos, las cargas de operacin no deben exceder la capacidad recomendada.

III. RETROEXCAVADORAS

Laretroexcavadoraes una mquinaque se utiliza para realizar excavaciones en terrenos. Tiene la cuchara hacia abajo. Permite llegar a cotas ms bajas.La retroexcavadora se utiliza habitualmente en obras para el movimiento de tierras, para realizar rampas en solares, o para abrir surcos destinados al pasaje de tuberas, cables, drenajes, etc., as como tambin para preparar los sitios donde se asientan los cimientos de los edificios.

3.1. APLICACIONES

A travs de su retroexcavadora de alto desempeo y de gran variedad de acoplados, desarrolla con mucha facilidad las operaciones de los ms diversos tipos:

Desmonte de yacimientos. Limpieza. Ejecucin de surcos. Fundacionales. Canales. Drenajes. Cimentaciones. Zanjas.3.2. RENDIMIENTO DE UNA RETROEXCAVADORA

El rendimiento de la retroexcavadoras depende de la capacidad del cucharon y del tipo de ciclo. El ciclo de la excavadora consta de cuatro partes: Carga del cucharon. Giro con carga. Descarga del cucharon. Giro sin carga. Una retroexcavadora, tiene una capacidad terica que vara con las clases de tierras, aproximadamente en el movimiento de tierras el rendimiento de una mquina es de unos 60 metros cbicos por hora.La capacidad aproximada del cargador de la retro puede determinarse a travs de la carga que traslada ste.El tiempo total de un equipo para la carga de tierra se determina mediante la siguiente ecuacin:TT = TC + TVC + TV + TVV.Donde: TC= tiempo de carga. TVC= tiempo variable de movimiento con carga. TVV= tiempo variable de traslado del equipo vaco. TV =tiempo de vaciado.Para calcular el rendimiento de una retroexcavadora se tiene que tomar en consideracion lo siguiente:3.1.1. Caracteristicas del equipo

Alcance tanto vertical como horizontal del equipo. Ancho y capacidad de bote.

3.1.2. Caracteristicas del trabajo y del terreno

Ancho de zanja y profundidad de lla excavacion. Tipo de sulo donde se va a trabajar.

3.1.3. Tiempo de ciclo.

Colocacin de trabajo. Tiempo de excavacin. Tiempo de carga del cucharon. Tiempo de descarga. Tiempo de regreso.

Para el rendimiento se debe de considerar la capacidad nominal del cucharon ms una capacidad extra por el excedente de material que carga el cucharon o por el contrario la falta de llenado del mismo, esto aumentara o disminuira el rendimiento de la mquina. Tambin se debe de tener en cuenta la habilidad de operador.La frmula para hallar el rendimiento de una excavadora tenemos:

Dnde: Rend = Rendimiento en m3/hra. Vol= capacidad del cucharon en m3. F.E = Factor de eficiencia. Tc = tiempo de ciclo en hra.

3.1.4. Ejemplo aplicativo

Excavacin de zanja en material tipo II hasta 1.00 mts de profundidad, con un ancho de 0.60 mts. Maquinaria a utilizar: CASE 580c. Ancho de cucharon: 0.60mts. Capacidad del cucharon: 0.125m3. Alcance mximo de la maquina: 4.00 mts. Tiempo de ciclo:

Tiempo de colocacin de la maquina: 8.00seg. Tiempo de excavacin: 5.50seg. Tiempo de carga del cucharon: 5.00seg. Tiempo de descarga y regreso: 4.00seg. TOTAL = 22.50 seg.

Esto es 0.375 min/ciclo.Esto implica que en 1.00 min hace 2.67 ciclos.Volumen que carga por ciclo = (2.67) (0.125) = 0.334m3

3.3. SELECCIN DE UNA RETROEXCAVADORA

Hay una serie de elementos que son necesarios considerar cuando una compaa decide la compra de una retroexcavadora. En primer lugar, el comprador tendr que considerar el ahorro de combustible que ofrece la mquina. Seamos realistas: con el aumento del costo de combustible es importante que uno invierta en una retroexcavadora que trabaja duro por poco, ya que una retroexcavadora necesita combustible en cualquier obra de construccin o minera.

Las retroexcavadoras suelen entrar en un lote de terreno spero y difcil. Aqu, las llantas juegan un papel muy importante ya que stas continuamente se reemplazan. Se aconseja que una empresa invierta en los neumticos ms caros y duraderos a fin de que la retroexcavadora tenga menos cambios de llantas o que stos se hagan con menor frecuencia. Una buena idea es conversar con un distribuidor de llantas para conocer las diferentes opciones de neumticos existentes en el mercado.

En las retroexcavadoras el tamao y los modelos existentes varan, y un comprador tendr que considerar el tamao que se adapte a sus necesidades, no slo a las inmediatas sino que el comprador tendr que pensar qu tipo de trabajo deber cumplir este equipo en el futuro.

Una retroexcavadora es una inversin considerable y el comprador tendr que hacer todo lo posible para extender la longevidad de su inversin. Para ello debe tener en cuenta sus dimensiones, versatilidad y fcil manejo a la hora de cavar: la mayora de retroexcavadoras pueden cavar hasta 10 ft en la tierra, pero los equipos ms grandes pueden hasta 16 ft. Otra informacin a considerar son los martillos hidrulicos, usados frecuentemente como accesorios de trabajo de las retroexcavadoras. Si el trabajo principal de la retroexcavadora implicar ruptura de asfalto y su eliminacin o si debe cavar grandes hoyos, sera conveniente conocer el desempeo de la mquina en este tipo de trabajo

Factores para la seleccin de una maquinaria

Tipos de materiales que se van a excavar. Tipo y tamao del equipo para el transporte. Capacidad de soporte de carga del piso original. Volumen del material excavado que se va a mover. Volumen que se va a mover por unidad de tiempo. Longitud del acarreo. Tipo del camino del acarreo. Maniobrabilidad. Compactacin. Costo