Costo Movimiento de Rocas y Tierra

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

FACTORES INCIDENTES EN LA DETERMINACIÓN DE COSTOS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y ROCAS

ROSA MARÍA OSSES ATABALES ALEJANDRO ISRAEL VERA GATICA

SANTIAGO – CHILE 2008

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

FACTORES INCIDENTES EN LA DETERMINACIÓN DE COSTOS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y ROCAS

MEMORIA PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL EN OBRAS CIVILES

ROSA MARÍA OSSES ATABALES ALEJANDRO ISRAEL VERA GATICA

PROFESOR GUÍA : SR. EDUARDO BARRA RIVERA COMISIÓN EXAMINADORA : SR. EDUARDO SEPÚLVEDA GARCÍA-HUIDOBRO

SR. ALEJANDRO TORRES FLORES

SANTIAGO – CHILE 2008

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RESUMEN

El trabajo que a continuación se presenta lleva por título “Factores Incidentes en la Determinación de Costos de Movimiento de Tierras y Rocas”, y se subdivide en tres partes: la primera es una introducción a los movimientos de tierra y roca, explicando los trabajos principales que se realizan en cada una de estas faenas, además de nombrar las diferentes maquinarias que se emplean en cada caso y sus características principales; la segunda, corresponde a la enunciación de ciertos aspectos que afectan, de una u otra forma, el cálculo de los costos unitarios; finalmente, se explican casos prácticos de cómo se aplican ciertos factores en los cálculos.

La primera etapa de este trabajo explica el tipo de maquinaria involucrada en trabajos de movimiento de tierra y roca, indicando para cada caso los aspectos que se deben considerar en una maquinaria para trabajar con un material en particular. En el caso de los movimientos de tierra, la maquinaria se detalla de tal forma que el enfoque de su funcionalidad sea exclusivamente aplicado al tipo de material involucrado, nombrando las limitaciones y las características que inciden en la elección de ella, según sean las propiedades del suelo en que se trabaja. De esta misma forma, se especifica la maquinaria usada en movimientos de roca, agregando en este caso, los diferentes usos y tipos de explosivos.

Una segunda parte indica aquellos factores que se deben tomar en consideración, debido a la complejidad que presentan en cuanto al criterio que corresponde usar al aplicar dichos factores en los costos. Así, se explica la incidencia de aquellos agentes y la forma adecuada de emplearlos en las estimaciones de costos unitarios.

En la sección final, se muestra el modo más recurrente de cálculo de costos unitarios para movimientos de tierra y roca, mostrando diferentes casos y formas de afrontar dichas estimaciones. Además, se conjugan, dentro de cada caso, diferentes opciones y situaciones que afectan el precio final, indicando gráficamente la correcta aplicación de los factores estudiados.

Así, la presente memoria da luces acerca de cómo se debe enfrentar un trabajo de estimación de costos para movimientos de tierra y roca, además de encarar dichos problemas de una forma eficiente y fácil de manejar, consiguiendo finalmente modelar los casos más representativos, tanto para movimientos de tierra como de roca.

En síntesis, el presente texto será una práctica guía para aquellos ingenieros que se inicien en el área de la construcción que impliquen grandes movimientos de tierras y rocas. Esto debido a que se presenta no solo teoría, si no que también ejemplos ilustrativos de los tipos de movimientos antes mencionados.

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PRÓLOGO

El desarrollo de la presente memoria se extendió en el período comprendido entre los meses de Enero y Agosto del presente año. Durante este lapso de tiempo se utilizó aproximadamente un mes trabajando en terreno, ya que fue necesario reunir datos acerca de los precios unitarios actuales que se manejan en el mercado, o precios de venta de maquinaria relacionada con el tema de investigación presentado en este trabajo.

Luego, fue necesario recurrir a diferentes prestigiosas empresas, en donde cada una de ellas otorgó distintos tipos de información; dentro de ellas se encuentra Fluor S.A., que cedió información de precios unitarios empleados en trabajos de movimientos de tierra y construcción de caminos que ellos mismos realizan. Finning Chile, facilitó precios de venta de maquinas de movimientos de tierra. Así mismo ENAEX proporcionó precios de venta de insumos, específicamente explosivos.

De forma paralela se realizó cotizaciones con empresas de arriendo de equipos necesarios en movimientos de rocas, entre las que ellas están Atlas Copco Chilena S.A.C. y Antolín Cisternas y Cía. S.A.

Esta memoria no cuenta con ningún tipo de patrocinio, debido a que como es un tema investigativo teórico, no necesitó de dinero ni personas externas remuneradas que participaran en él.

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ÍNDICE

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Resumen...…………………………………………………………………….……....................i Prólogo.…………………………………………………………………….…….......................ii Índice….………………………………………………………………………………...……...iii Índice de Tablas………………………………………………………………………………...v Índice de Figuras……………………………………………………………………………….vi

1.1. Planteamiento del problema............................................................................................. 1 1.2. Objetivos generales y específicos .................................................................................... 2 1.3. Metodología de trabajo .................................................................................................... 2 1.4. Movimiento de tierras y rocas.......................................................................................... 3 1.5. Alcances........................................................................................................................... 4

2.1. Obras civiles de infraestructura ....................................................................................... 6 2.2. Partidas asociadas al movimiento de tierras .................................................................... 6 2.3. Maquinaria para movimiento de tierras ........................................................................... 8 2.3.1. Bulldozer sobre orugas ....................................................................................................9 2.3.2. Mototraílla......................................................................................................................13 2.3.3. Excavadoras ...................................................................................................................15 2.3.4. Cargador Frontal ............................................................................................................22 2.3.5. Camiones........................................................................................................................24 2.3.6. Rodillos ..........................................................................................................................28 2.3.7. Motoniveladoras ............................................................................................................30

3.1. Obras civiles de infraestructura ..................................................................................... 33 3.2. Partidas asociadas al movimiento de rocas.................................................................... 33 3.3. Maquinaria para movimiento de rocas........................................................................... 35 3.3.1. Tractores Bulldozer........................................................................................................35 3.3.2. Excavadoras ...................................................................................................................38 3.3.3. Cargador frontal .............................................................................................................43 3.3.4. Ripiadores ......................................................................................................................43 3.3.5. Máquinas de Perforación ...............................................................................................45 3.3.6. Dúmperes, Camiones y Vagones ...................................................................................50 3.3.7. Correas Transportadoras ................................................................................................53 3.3.8. Compresores de Aire......................................................................................................54 3.4. Explosivos. Diferentes tipos. Condiciones de empleo de cada uno de ellos ................. 55 3.4.1. Dinamita.........................................................................................................................56

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO 2 MOVIMIENTO DE TIERRAS

CAPÍTULO 3 MOVIMIENTO DE ROCAS

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3.4.2. Explosivos de nitrato de amonio....................................................................................56 3.4.3. Hidrogel .........................................................................................................................57 3.4.4. Emulsiones.....................................................................................................................57 3.4.5. ANFO pesado.................................................................................................................57 3.4.6. Malla de perforación ......................................................................................................57 3.4.7. Condiciones de empleo ..................................................................................................59

4.1. Incidencia de los tipos de suelos y rocas ....................................................................... 61 4.2. Incidencia de los plazos ................................................................................................. 64 4.3. Incidencia de aspectos ambientales ............................................................................... 65 4.4. Incidencia de las especificaciones ................................................................................. 66 4.5. Incidencia de condiciones climáticas............................................................................. 66 4.6. Incidencia de los volúmenes de obra ............................................................................. 67 4.7. Incidencia del monto del presupuesto............................................................................ 68 4.8. Factores de riesgo .......................................................................................................... 68 4.9. Consideraciones sobre la seguridad ............................................................................... 69

5.1. Análisis de los factores en el precio de una partida ....................................................... 70 5.2. Forma de estructurar un precio ...................................................................................... 71 5.3. Determinación de diferentes partidas asociadas a movimientos de tierra ..................... 73 5.3.1. Optimización del cálculo de costos................................................................................75 5.4. Determinación de diferentes partidas asociadas a movimientos de roca....................... 79

6.1. Conclusiones .................................................................................................................. 84 6.2. Recomendaciones .......................................................................................................... 86

ANEXO A Tablas Relacionadas a Pala Excavadora y Draga ANEXO B Tablas Relacionadas a la Vida Útil Estimada para Distintas Máquinas ANEXO C Costos Unitarios Relacionados al Movimiento de Tierras ANEXO D Factores que Afectan el Rendimiento de las Maquinarias

CAPÍTULO 4 DIVERSOS ASPECTOS INCIDENTES EN EL TRABAJO DE

MOVIMIENTOS DE TIERRA Y ROCA

CAPÍTULO 5 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................................................87

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ÍNDICE DE TABLAS

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Tabla 4.1. Esponjamientos Medios de Suelos y Rocas..........................................................62 Tabla 4.2. Consumo de Explosivo .........................................................................................62 Tabla 4.3. Velocidad de Ondas Sísmicas en Diferentes Tipos de Roca ................................63 Tabla 4.4. Cantidad de Explosivo Según Tipo de Roca.........................................................64 Tabla 5.1. Costos Horarios Maquinaria .................................................................................73 Tabla 5.2. Número Estimado de Viajes por Hora para Camiones .........................................76 Tabla 5.3. Datos del Problema ...............................................................................................77 Tabla 5.4. Datos Maquinaria..................................................................................................81 Tabla A.1. Producción Aproximada [m3/hr]........................................................................ A-1 Tabla A.2. Profundidad Óptima de Excavación [m]............................................................ A-2 Tabla A.3. Factores de Corrección para Profundidad de Excavación y Ángulo de Giro .... A-2 Tabla A.4. Eficiencia del Trabajo ........................................................................................ A-3 Tabla A.5. Factor de Llenado del Cucharón en Palas y Dragas........................................... A-3 Tabla A.6. Producción Aproximada [m3/hr]........................................................................ A-4 Tabla A.7. Profundidad Óptima de Corte [m] ..................................................................... A-4 Tabla A.8. Factores de Corrección para Profundidad de Corte y Ángulo de Giro .............. A-5 Tabla B.1. Vida Útil de Tractores.........................................................................................B-1 Tabla B.2. Vida Útil de Palas Mecánicas .............................................................................B-1 Tabla B.3. Vida Útil Retroexcavadoras ...............................................................................B-1 Tabla B.4. Vida Útil Cargadores Frontales...........................................................................B-2 Tabla B.5. Vida Útil de Dúmperes .......................................................................................B-2 Tabla B.6. Vida Útil de Compresores...................................................................................B-2 Tabla C.1. Costos Final de Módulos de Trabajo [$/m3] .......................................................C-1 Tabla C.2. Datos del Problema .............................................................................................C-4

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ÍNDICE DE FIGURAS

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Figura 2.1. Movimiento de Tierras .......................................................................................... 7 Figura 2.2. Bulldozer Sobre Oruga ........................................................................................ 13 Figura 2.3. Mototraíllas.......................................................................................................... 14 Figura 2.4. Pala Excavadora Frontal...................................................................................... 15 Figura 2.5. Retroexcavadora .................................................................................................. 18 Figura 2.6. Dragline ............................................................................................................... 20 Figura 2.7. Clamshell ............................................................................................................. 21 Figura 2.8. Cargador Frontal Sobre Ruedas........................................................................... 24 Figura 2.9. Camión de Tipo Vertido Posterior ...................................................................... 27 Figura 2.10. Rodillo Pata de Cabra.......................................................................................... 28 Figura 2.11. Rodillo Vibratorio ............................................................................................... 30 Figura 2.12. Motoniveladora.................................................................................................... 32 Figura 3.1. Movimiento de Rocas.......................................................................................... 33 Figura 3.2. Bulldozer Sobre Oruga ........................................................................................ 36 Figura 3.3. Pala Mecánica...................................................................................................... 41 Figura 3.4. Cargador Frontal.................................................................................................. 43 Figura 3.5. Ripiador ............................................................................................................... 45 Figura 3.6. Wagon Drill – Perforadora Tipo Martillo en Cabeza.......................................... 47 Figura 3.7. Perforadora Rotativa............................................................................................ 48 Figura 3.8. Dúmper cargado por Cargador Frontal................................................................ 52 Figura 3.9. Compresor de Aire Pequeño................................................................................ 55 Figura 5.1. Gráfico Distancia Recorrida vs. Costos para Velocidad Media 15 [km/hr]........ 79 Figura C.1. Gráfico Distancia Recorrida vs. Costos para Velocidad Media 24 [km/hr] ......C-2 Figura C.2. Gráfico Distancia Recorrida vs. Costos para Velocidad Media 32 [km/hr] ......C-2 Figura C.3. Gráfico Distancia Recorrida vs. Costos para Velocidad Media 50 [km/hr] ......C-3

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CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El trabajo en obras civiles, ya sea de pequeña o gran envergadura, trae consigo un sinnúmero de partidas asociadas, donde los movimientos de tierra y roca en obras viales, pueden ser en muchos casos de un costo importante en el total de la obra, siendo en consecuencia su planteamiento de una importancia no menor.

En Chile, con el correr de los últimos años, el sector de la construcción ha tenido un crecimiento sostenido en relación al crecimiento global del país, lo que hace imprescindible que los ingenieros efectúen análisis acabados de los costos involucrados en estas obras civiles de infraestructura. En este campo, uno de los análisis más complicados es aquel que abarca situaciones en donde unas pocas partidas se llevan el mayor peso presupuestario, es decir, si una de ellas llega a estar mal estimada, la obra completa puede verse afectada y así generar graves problemas de solvencia económica.

En trabajos donde la evaluación de costos unitarios de partidas importantes dependen básicamente de la experiencia del estimador, para ingenieros recién titulados resulta ser realmente un problema, ya que puede estar en sus manos entregar resultados óptimos y además no presentar costos que estén muy lejanos a la realidad.

Por esta razón es que se hace necesario entregar a los alumnos de Ingeniería Civil en Obras Civiles las herramientas adecuadas para que puedan lograr un alto desempeño en trabajos de estimación de costos unitarios de cualquier partida.

Por lo general, el estudiante logra este conocimiento mediante el cálculo y cubicación de estructuras, ya sean de acero y/u hormigón. Sin embargo, las obras de infraestructura, específicamente las correspondientes a movimientos de tierra y roca, presentan una complicación mayor, ya que no sólo basta con saber calcular los volúmenes con los cuales se trabajará, sino también se debe considerar ciertos aspectos que no están a la vista y que son propios de los supuestos que los mismos ingenieros hagan; en otras palabras, estas estimaciones están sujetas al criterio del ingeniero y al riesgo que éste pretenda tomar en un trabajo de evaluación.

Es por este motivo, que a través del presente estudio se pretende dar una solución a dicho problema, la cual no tiene pretensiones de ser definitiva, sino entregar una base que ayudará a la evaluación de esta clase de partidas a los futuros ingenieros.

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1.2. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS

Una vez planteado el problema, surge la necesidad de una solución óptima para resolver el dilema de la estimación de movimientos de tierra y roca que involucran obras de gran envergadura como es la construcción de caminos. Así, el primer obstáculo que se necesita despejar es el describir los trabajos que se necesitan hacer para movimientos de tierra y roca, además de entregar una base de cómo se desarrollan estos trabajos.

Igualmente, uno de los tópicos que corresponde estudiar es el tipo de maquinaria que se utiliza para los movimientos de tierra y roca, lo que incluye una descripción completa y adecuada para los objetivos generales que se pretenden.

Además, para lograr entender otros aspectos de los movimientos de roca, el presente trabajo da nociones básicas acerca de los explosivos que se podrían usar en estas faenas, sin entrar a profundizar el cálculo de tronaduras ni de mallas de perforación, sino que entrega los aspectos fundamentales para el cálculo de costos unitarios y características generales.

De una forma específica, los objetivos son entregar al alumno de Ingeniería Civil en Obras Civiles elementos de juicio para evaluar diversos factores que afectan los costos unitarios en una estimación, considerando y explicando factores que se manejan intrínsecamente por expertos; luego, llevarlos a un plano donde el alumno lo entienda y pueda plasmarlo en sus propias evaluaciones de costos de movimientos de tierra o roca. Dicho de otro modo, uno de los objetivos que se buscan es que el estudiante logre modelar la incidencia de las especificaciones de contrato, aspectos ambientales, tipo de suelo y roca, condiciones climáticas, volúmenes, plazos y presupuestos, así como también factores de riesgo y la incidencia de la seguridad requerida en obra.

Finalmente, uno de los objetivos más importantes es entregar a través de este estudio una guía práctica que ilustre de manera fácil la forma más recurrente de realizar estimaciones. Así, a través del presente trabajo de título, alumnos y recién egresados podrán tener una base completa acerca del cálculo de costos en partidas de movimientos de tierra y roca.

1.3. METODOLOGÍA DE TRABAJO

Para un correcto análisis de todos los factores que influyen en los costos de los movimientos de tierra y roca, se debe, en primer lugar, conocer los tipos de maquinarias que se pueden ver involucradas en este tipo de trabajos, así como sus funciones y limitaciones. Es por esto que el trabajo se inicia, en las partidas involucradas dentro de los movimientos de tierra y roca, con un estudio desde lo general a lo particular para luego continuar con el tipo de maquinaria involucrada, incluyendo su uso, producción y costos horarios, según el tipo de trabajo y material con que éstas estén trabajando.

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En la segunda etapa del trabajo, se hace necesario estudiar los distintos aspectos que afectan

el desarrollo de las partidas involucradas en los movimientos de tierra y rocas, específicamente, los factores que son ajenos a aquellos que están directamente involucrados con la maquinaria, su funcionamiento y limitaciones.

Consecuentemente, se analizan diferentes factores que tienen gran importancia en la asignación de costos en una partida de movimiento de tierra y rocas, como: el tipo de suelo o roca donde se va a trabajar, influyendo directamente en el tipo de maquinaria que se debe utilizar para ese trabajo y por lo tanto, en la producción que dicha maquinaria tendrá en el proyecto; los plazos del proyecto, afectando directamente en el número de maquinarias que el proyecto necesitará, además de una elección adecuada de ésta para que presente el mayor rendimiento posible; aspectos ambientales, siendo éste uno de los factores más importantes en el desarrollo de una obra, ya que puede llegar a condicionar el proceso de los movimientos de tierra y roca según la reglamentación ambiental; las condiciones climáticas, al igual que las mencionadas anteriormente, pueden llegar a ser determinante en los costos finales de un trabajo de esta envergadura, ya que, por su naturaleza impredecible, puede retrasar una obra y así aumentar la brecha entre los costos estimados y los costos finales.

La incidencia de los volúmenes de la obra es decisiva en sus costos, ya que dependiendo del volumen total a mover y el rendimiento requerido, será la cantidad de maquinaria que se necesite emplear. Sin embargo, el monto del presupuesto suele ser una gran limitante en la elección de la maquinaria ya que se debe procurar cumplir con plazos y con volúmenes totales en función del número y tipo de maquinaria que es factible usar.

Los factores de riesgo se consideran determinantes dependiendo de las condiciones en las cuales se realizará la obra, sujeto, entre otras cosas, a la topografía o las condiciones de trabajo. Debido a esto, es necesario conocer e investigar sobre las condiciones de seguridad que se requieren, lo que trae consigo, un costo asociado.

En una tercera etapa se realiza el trabajo de recopilar toda la información de cada una de las partidas, para luego asignar los costos asociados a éstas, analizando y desglosándolas para que el lector tenga un conocimiento aproximado de la incidencia de distintos factores dentro de los costos finales de una obra de movimiento de tierra y rocas.

Finalmente, se presenta un capítulo en el cual se resumen los aspectos más importantes del trabajo, señalando y explicando los factores más incidentes en los costos de movimiento de tierras y rocas.

1.4. MOVIMIENTO DE TIERRAS Y ROCAS

Los movimientos de tierras considerados en este estudio son para trabajos de infraestructura a cielo abierto, además esta partida la que se lleva gran parte del trabajo total, como es el caso de la construcción de caminos. En estos casos los movimientos de tierras se componen básicamente en: partidas de movimiento de tierras, transporte a botadero o a relleno y confección de terraplenes o rellenos.

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La partida de movimiento de tierras corresponde básicamente a la excavación en terreno, ya

sea para prepararlo para trabajos posteriores u ocupar el material excavado donde se necesite.

Luego, la partida de transporte, ya sea a botadero o a relleno, corresponde al acarreo del material mediante el uso de unidades de transporte al lugar donde se requiera. En los casos de confección de rellenos, es necesario el uso de compactadores para conseguir un suelo con las propiedades requeridas.

Las partidas de movimientos de rocas se encuentran directa o indirectamente dentro de una obra; directamente, cuando el principal trabajo corresponde a movimiento de roca, es decir, cuando la estimación de volúmenes de roca corresponde al grueso del total y la estimación es realizada considerando que el producto de dicho movimiento será utilizado dentro de otra partida. Ahora bien, cuando se encuentra de forma indirecta, se refiere a que dentro de un movimiento de tierra de grandes proporciones se encuentra un manto rocoso considerable y cuyo producto no es deseable o no se considera para una posible preparación de terreno.

Los movimientos de roca se hacen evidentes cuando se construyen caminos en cerros, donde la presencia de roca es incuestionable. De esta forma, cuando se requiere mover roca es necesario, en primer lugar, perforar la roca para la elaboración de los barrenos, que es donde se colocan los explosivos. Una vez colocado el explosivo en los barrenos, viene la etapa de voladuras, desde donde saldrá el producto final, cuyas características dependerán, entre otras cosas, de la malla de perforación, tipo de explosivos y otras consideraciones.

Cuando el producto de los movimientos de roca no es deseado, se hace necesario transportarlo a un botadero; este proceso se hace con dumpers, ya que esta es la maquinaria adecuada para este transporte. Ahora bien, cuando se pretende usar el material, puede hacerse en enrocados, pedraplenes u otro tipo de relleno. En estos casos, normalmente los trozos de roca requieren de un tamaño mínimo adecuado a su función, por lo que para obtenerlos la tronadura debe considerar esta situación y el transporte será más lento.

1.5. ALCANCES

Se ha dicho que toda obra civil trae involucrada una partida de movimiento de tierra y/o roca. Sin embargo, el presente estudio investiga y analiza el impacto de estas partidas en proyectos a cielo abierto donde los volúmenes que se desea mover pueden llegar a ser determinantes o considerables en el monto final del proyecto.

Es por esto que las obras en las cuales se enfoca el estudio corresponden a aquellas en que el movimiento de tierra o roca es realmente importante, tanto en volúmenes como en incidencia en el objetivo de operación de un proyecto en particular. De manera que no se estudian ciertas obras que por su naturaleza tienen diferentes enfoques los cuales no pueden ser generalizados y cuyos procesos son complejos y particulares, como son la construcción de túneles o pilotes.

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En este plano, es importante destacar las principales partidas y su desarrollo más usado en la

práctica, sin querer entregar un proceso fijo o común para todos los movimientos de tierra o roca que se puedan asemejar; por el contrario, este trabajo intenta establecer una forma de esqueleto en cuanto a la estimación de costos para ciertas partidas que puedan tener aspectos en común.

Es por esto que se hace necesario destacar la forma en que se orienta el desarrollo de las estimaciones hechas a modo de ejemplo en el presente trabajo, las cuales se pueden realizar de diferentes maneras, dependiendo del estimador. Dicho esto, la investigación acá presentada entrega herramientas básicas, sin dejar de ser las adecuadas, para realizar estimaciones de grandes volúmenes de tierra o roca.

En forma particular, el transporte del material excavado en trabajos de tierra y roca se considera sólo con camiones y dumpers, respectivamente; además las mototraíllas se emplearán sólo para movimientos de tierra, ya que necesitan de condiciones muy específicas para su correcto funcionamiento en roca.

En general se trabaja con valores medios tanto en tipo de materiales, tipo de máquinas, precios, etc. Por ejemplo se consideran sólo camiones con una capacidad de doce metros cúbicos.

Por este motivo, los autores creen que las herramientas que aquí se presentan pueden llegar a ser una herramienta valiosa e íntegra, consiguiendo con esto una visión más clara y eficaz de una tarea que muchas veces puede verse truncada por la inexperiencia del ingeniero novato. Finalmente, el lector debe ser capaz de lograr un criterio para la estimación de costos de movimientos de tierra y rocas, en los casos particulares que enfrente, alcanzando así uno de los objetivos de este trabajo, que es el de crear y proporcionar elementos de juicio para la estimación de este tipo de obras.

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CAPÍTULO 2

MOVIMIENTO DE TIERRAS

2.1. OBRAS CIVILES DE INFRAESTRUCTURA

Carreteras interurbanas, autopistas urbanas, aeropuertos, embalses, hospitales, entre otros, independiente del desarrollo constructivo que posean, pertenecen a un conjunto de obras denominadas “Obras Civiles de Infraestructura”. Estas obras implican un crecimiento importante a nivel país, debido a que ellas permiten el desarrollo de servicios sociales necesarios para la población.

Por otra parte, estas obras tienen en común que una de sus primeras partidas es el movimiento de tierra. Sin embargo, los volúmenes de material que se puedan llegar a mover, no serán los mismos en uno u otro tipo de obra. Luego, los movimientos de tierra que aquí se estudiarán serán aquellos que involucren el movimiento de un gran volumen de material, el cual puede ser simplemente llevado a botadero o servir para la confección de terraplenes o rellenos.

Si el material es llevado a botadero se debe considerar que éste último cuente con los permisos necesarios, con el fin de cumplir con toda la normativa vigente y la distancia de transporte. Ahora, si el material excavado será utilizado en la confección de un relleno, será necesaria una selección ya que habrá que desechar el material orgánico o suelos con bajo poder de soporte que no cumplen los requisitos especificados para cumplir su función ni a corto o largo plazo. Del mismo modo, si el material se emplea en la conformación de un terraplén, la clasificación del suelo tendrá que ser aun más rigurosa, ya que las exigencias de tamaños máximos de áridos u otras características geotécnicas, son mucho mayores.

2.2. PARTIDAS ASOCIADAS AL MOVIMIENTO DE TIERRAS

El movimiento de tierra contempla un conjunto de actividades que deben desarrollarse para lograr de una mejor forma el objetivo final solicitado. Estas actividades se agrupan dentro de las siguientes partidas:

− Excavación general en suelos − Transporte de los suelos − Confección de rellenos o terraplenes

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Figura 2.1. Movimiento de Tierras

Excavación general en suelos

Esta partida constituye el movimiento de cualquier tipo de suelo, independiente de las características propias del lugar donde se encuentre. Es por ello, que en la mayoría de las veces se hace necesario realizar previo a la excavación propiamente tal, algunas actividades como despeje y desbroce del terreno, con el fin de limpiar y liberar de materiales inadecuados al lugar en donde se comenzará a trabajar. Estos materiales normalmente no son utilizables para confección de rellenos o terraplenes.

Además, será necesario efectuar estudios previos al terreno con el fin de manejar las propiedades mecánicas iniciales que presenta el lugar, ya que características como la cohesión, densidad, compacidad, entre otras, afectan el rendimiento de la maquinaria. Por lo tanto, un acabado análisis del terreno y de lo que se quiera hacer en él, permitirá determinar el tipo y cantidad de maquinaria que se deberá emplear en la faena para obtener el resultado esperado en los plazos estimados.

Transporte de los suelos

Luego del proceso de excavación continúa el de trasporte de suelos, convirtiéndose en una importante partida debido a los grandes volúmenes de material que se mueven dentro de las obras de infraestructura.

Para llevar a cabo esta faena, es imprescindible conocer aquellos aspectos que afectarán la elección de capacidad y cantidad de medios de transporte que finalmente se designarán para esta partida. Dentro de estos puntos se encuentra la cantidad de m3 que se deben trasportar en

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una jornada y la distancia de acarreo, es decir, la distancia existente entre el sector de excavación y el de botadero o de relleno; siendo el primero el incidente en la capacidad y el segundo en la cantidad de máquinas que se debe tener disponible y de este modo, cumplir con los horarios y plazos diarios considerados.

Confección de rellenos o terraplenes

El material obtenido en las excavaciones puede ser: llevado a botadero, destinado a relleno o usado en terraplén. Es por ello que para seleccionar la maquinaria más adecuada para la confección de relleno o terraplén, se deberá considerar casi los mismos factores estudiados en la primera partida, agregando el análisis de las alteraciones que sufra el material al momento de ser excavado y luego transportado hasta el lugar destinado para la confección del terraplén o del relleno.

Por lo general, las maquinarias más usadas para la confección de rellenos o terraplenes son: unidades de transporte, motoniveladoras, rodillos compactadores u otro sistema de compactación y camiones aljibe, donde todas sus características serán elegidas según lo descrito en el párrafo anterior.

2.3. MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS

Las características propias de cada faena hacen necesaria la optimización de todos los recursos, lo que incide fundamentalmente en la obtención y adecuada utilización de maquinarias dentro de una construcción. Es por ello que se hace indispensable conocer cada uno de los equipos que actualmente se fabrican y que tienen relación con movimientos de tierras. Solo se hará una descripción general de las principales características y funciones de cada máquina, los detalles de su empleo se encuentra en textos especializados.

A pesar de que el enfoque de este trabajo está dirigido al conocimiento de las maquinarias empleadas en excavaciones masivas, se estima conveniente hacer mención de algunas herramientas básicas utilizadas en movimientos de tierra de menor envergadura. Dentro de este tipo de herramientas se puede mencionar:

− Chuzo. Barra de acero de aproximadamente 1,8 m de longitud, en donde uno de sus extremos está en punta y el otro en cincel, aunque pueden estar los dos extremos en punta. Existe en diámetros que varían entre ¾” y 1 ¼”, siendo el más utilizado en de 1 1/8”. Es el más usado para el aflojamiento de terrenos.

− Picota. Elemento de acero forjado que tiene ambos extremos en punta o uno en punta y otro en cincel. La longitud de extremo a extremo es de 0,65 m con un peso de 3,5 kg sin mango. El mango es fabricado con madera resistente no quebradiza y de un largo de 0,9 m. Se puede obtener un mejor rendimiento si se utiliza en terrenos de regular dureza.

− Azadón. Elemento de acero que afloja terrenos blandos. Posee un extremo en punta y otro en forma pala cuyo ancho varía entre 0,08 y 0,1 m de ancho; el largo de extremo a extremo

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es de 0,5 m con un peso de 2,5 kg sin mango. El mango, al igual que el de la picota, se fabrica con madera resistente no quebradiza de 0,9 m de longitud.

− Pala. Existen tres tipos relacionadas al ámbito de la construcción. La primera es la pala punta de huevo, utilizada para el movimiento de tierra; la segunda pala es la recta o cuadrada, usada para movimiento de terrenos blandos; y la última es la redonda, que posee una mayor capacidad y es utilizada para el movimiento de ripio y arena.

− Carretilla. Elemento de transporte con capacidad aproximada de 90 litros, utilizada cuando las distancias de recorrido no son superiores a los 35 m.

Lo señalado es sólo a modo referencial para el caso en que sea necesario recurrir a ellos en los análisis de costos unitarios de partidas mayores.

Los equipos que a continuación se mencionarán corresponden a los utilizados en el movimiento, carga, transporte de materiales en especial de suelos y maquinarias empleadas en la compactación de suelos.

2.3.1. Bulldozer sobre orugas

Funciones y Limitaciones

Es una máquina compuesta por dos secciones: la primera, es una estructura de base constituida por un armazón soldado y robusto donde van los dispositivos de sujeción para la hoja, sistemas de rodado y tracción, rodillos para las orugas y los soportes para la estructura superior; la segunda, es la superestructura, y comprende el motor, la transmisión, el sistema hidráulico, la cabina y los controles. Una barra estabilizadora de gran resistencia mantiene la separación de las orugas y permite su movimiento independiente para una mejor distribución del peso y mejor tracción, cuando la máquina trabaja en suelos de superficie irregular.

El bulldozer posee una hoja, la cual es rígida y de acero soldado fijada al tractor por medio de dos brazos inferiores, denominados brazos de empuje, de longitud no regulable y unida además a los brazos de empuje por medio de dos tirantes de longitud regulable. La hoja puede subir o bajar mediante un dispositivo de mando hidráulico (caso más corriente), o mecánico (caso más particular).

También la hoja se puede levantar de un lado o del otro a una altura determinada, movimiento denominado tilt o de inclinación transversal. Otra opción es colocar su borde superior hacia adelante o hacia atrás, girándose con respecto a su eje longitudinal con el objeto de atacar el terreno con el ángulo más apropiado dependiendo del trabajo a realizar; este movimiento también es llamado pith o tip.

Existen varios tipos de hoja que son: hoja A, hoja P, hoja universal U, hoja recta o estándar S, hoja semiuniversal SU y hoja C. Sin embargo en este capítulo sólo se verán las que sean más adecuadas para el movimiento de tierra, que son la tipo A, P y U.

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Por otra parte, la marcha del tractor hacia adelante en combinación con el movimiento de subida o bajada de la hoja del dozer proporciona una acción de cavar y empujar que es la característica de este equipo.

De construcción similar al bulldozer se encuentra el angledozer. Su hoja de empuje es soportada por un arcón que permite a la hoja adoptar sobre un plano horizontal diversos ángulos respecto al eje longitudinal del tractor; es decir, la hoja puede estar perpendicular a la dirección de marcha o inclinada, en general, 25º a la derecha y a la izquierda. En este equipo son también posibles todas las regulaciones principales del bulldozer. Por otra parte el angledozer, por su estructura y constitución, no representa un conjunto rígido, compacto y equilibrado como el bulldozer.

Siendo la función principal de la hoja empujar el material removido hacia delante, las características de las hojas empleadas en el movimiento de tierra son:

− Hoja A. Este tipo de hoja tiene la particularidad de ser orientable en, aproximadamente, 25 grados por cada lado, diseñado especialmente para prevenir los derrames laterales. Se usa para: cortes iniciales de caminos, rellenos, apertura de zanjas, desmonte de tierra, retirada de nieve. No se usa para labores de roca pesada.

− Hoja P. Este tipo de hoja es inclinable y orientable a potencia; se usa para trabajos de nivelación de acabado, relleno de zanjas, corte de zanjas en V, formación de caballones, extendido de terrenos, desmonte ligero y trabajos de empuje ligero.

− Hoja universal U. Sus flancos son de 25 grados aproximadamente, para aumentar su capacidad y disminuir derrames. Se usa para empujar grandes cargas a distancias mayores, trabajos de restauración de terrenos, apilamiento para su posterior carga con maquinarias y alimentación de tolvas. Adecuada para manejar materiales ligeros y sueltos. Sin embargo es inferior en cuanto a producción de las hojas estándar o semiuniversales.

Con el fin de obtener mayores rendimientos la hoja del dozer se hizo desmontable del bastidor, así como también se introdujeron pernos de ajuste entre la lámina y el bastidor lo que permitió cambiar el ángulo de la lámina con el terreno a fin de poder dar a la hoja el ángulo más apropiado a las distintas clases de terreno a excavar.

Para usar el bulldozer como empujador de traíllas y/o mototraíllas se puede, durante la carga, desmontar la hoja y colocar en el bastidor una pieza en forma de copa, la que se adapta a una esfera que llevan con dicho objeto las máquinas a impulsar.

Características Incidentes en la Elección de la Máquina

El bulldozer es elegido por la economía que presenta en su trabajo principal, o sea, la excavación y el transporte de materiales sobre la marcha durante su ciclo de ida y vuelta.

Además, el rendimiento es un factor importante al momento de elegir una máquina; por ello a continuación se describen los factores que inciden durante el trabajo de excavación, estos son:

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− El tiempo empleado en el ciclo de trabajo. Depende del estado de conservación del equipo, de la distancia de acarreo, de la velocidad de cambio de marcha, de la velocidad de retroceso y principalmente de la pericia del operador.

− Cantidad de tierra que pueda empujar. Depende del tamaño de la hoja y del estado de conservación del motor del tractor.

− Naturaleza del terreno. Estos pueden ser: dureza, facilidad a la rodadura, esponjamiento, densidad, humedad.

− De los tiempos perdidos o empleados en otras actividades que no sean excavar.

− Cabe mencionar que los volúmenes de tierra movidos por el bulldozer son m3 de tierra suelta; luego, si se quiere obtener los m3 de excavación a que se refieren las especificaciones del proyecto, volumen en sitio, se debe considerar el esponjamiento.

El rendimiento (V) de excavación por hora del bulldozer se obtiene de:

ν⋅⋅=

tEV 60

en donde: v, volumen de tierra movida en cada viaje E , coeficiente de eficiencia t, duración de ciclo El coeficiente de eficiencia es el porcentaje de tiempo efectivo de trabajo de cada jornada. Su

valor debe ser un promedio obtenido en meses de trabajo en condiciones semejantes. Los factores que intervienen en la determinación de este coeficiente dependen de las condiciones personales (como organización de la faena, eficiencia y responsabilidad del operador, etc.), y factores imprevisibles (cambios en la calidad del terreno, deterioro del equipo).

Los bulldozer también son elegidos por su versatilidad, usándose frecuentemente en: desmonte de la capa superficial del suelo, eliminación de la vegetación, excavación de capas poco profundas, mantenimiento de caminos, abrir caminos de acceso, extensión y nivelación, escarificado, entre otras actividades.

Las descripciones de algunas de las actividades antes mencionadas son:

Desmonte de la capa superficial del suelo

Consiste en despejar, de árboles y raíces, los terrenos en que se ejecutarán las obras. Para realizar este trabajo se usa de preferencia un bulldozer o angledozer. El bulldozer puede cortar fácilmente los árboles delgados o derribar los más gruesos empujándolos con la hoja (dentada en su parte inferior), levantada a cierta altura. De la misma forma se puede hacer la faena de destronque. El retiro de los troncos del terreno se efectúa también con un tractor, ya sea arrastrándolos por el suelo amarrados con cadenas o bien, colgados de un camarón (dispositivo que abraza y engancha el tronco, pudiéndose levantar éste de forma completa) si

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el transporte es por un camino. Dentro de esta partida, se debe considerar en los costos la reforestación en una proporción igual o mayor a las hectáreas afectadas.

Excavación con transporte

Por su forma de trabajar el bulldozer es el equipo más apropiado para efectuar excavaciones de poca profundidad en que los desmontes deben ser transportados a distancias no mayores de 90 m, siendo la distancia económica entre los 60 y 70 m. Cuando las distancias de transporte son mayores, otros equipos resultan más económicos, salvo que se presenten condiciones muy favorables en la calidad del terreno y trabajo a favor de la pendiente. El trabajo se dispondrá de tal forma que el bulldozer excave en el sentido de la mayor pendiente aumentando así su fuerza de empuje.

Excavación de cortes en ladera

Uno de los trabajos en que más se ha usado y se usa el bulldozer es la construcción de caminos de penetración en laderas, por ser el equipo de más rendimiento en relación a su costo. Sin embargo, es específicamente el angledozer el que más se presta para este trabajo, ya que su hoja es más curva que la del bulldozer, facilitando que el material movido no se acumule demasiado delante de la hoja, voltee mejor y sea empujado más cómodamente de lado. Para ello la hoja de angledozer se coloca inclinada de modo que la esquina que se adelanta con respecto al tractor quede hacia el lado del cerro.

Al avanzar el tractor, la hoja penetra en el cerro excavándolo. El material suelto se va acumulando delante de la hoja. Una vez que ha completado su carga extractor, avanza en un círculo hacia el barranco para arrojar su carga por la ladera.

Actividades varias

Además de los trabajos de excavación el bulldozer puede, bajo ciertas condiciones, ser utilizado en: relleno de zanjas, esparcimiento de material, nivelaciones de terrenos, extracción de los derrumbes de los cortes en camino, construcción de diques bajos, extraer capas superficiales de suelos o depósitos, excavar pozos para almacenar agua.

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Figura 2.2. Bulldozer Sobre Oruga

2.3.2. Mototraílla


Con la finalidad de mejorar la producción desarrollada por la traílla es que se comenzó a fabricar su versión motorizada, la mototraílla. Este tipo de maquinaria que excava y carga, requiere la ayuda de un empuje suplementario durante la fase de carga, ya que se pierde tracción por el uso de neumáticos en vez de orugas. Por lo general, se debe utilizar el bulldozer para generar el empuje y proporcionar la tracción necesaria.

La mototraílla es una máquina con gran capacidad de carga y posee un diseño que permite su tránsito por terrenos difíciles. Son utilizados para excavar, cargar, descargar o transportar materiales como tierra, arcillas no húmedas, arena, gravilla; sin embargo, no se recomiendan para suelos duros o rocas gruesas.

Su diseño permite que vaya cargando de forma inmediata el material dentro de su gran tolva central. Una vez llena, se cierra un elevador de paletas que esta ubicado en la zona de carga, lo que permite subir la tolva y transitar con gran agilidad a pesar de estar cargada. Para descargar el contenido, se eleva la trampilla de carga y la elevación del eje central determinará la cantidad de material que irá cayendo; a su vez una cuchilla hidráulica posterior va empujando el contenido hacia el exterior.

Existen mototraíllas bimotores, la que poseen menos dificultades en relación a la tracción y empuje. Este equipo está compuesto por una caja montada sobre un eje trasero simple. La parte delantera va unida al eje tractor por medio del cuello de cisne, que es un elemento de suspensión. La altura de la caja se controla a través de un balancín de fijación al cuello de cisne, mediante unos cilindros hidráulicos.

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El funcionamiento de la mototraílla bimotor es similar a la que posee un solo motor. La diferencia tiene relación con que la tracción necesaria, para suelos con coeficiente de rodadura importante y/o rampas de altos gradientes, se suele alcanzar con tracción en las cuatro ruedas, para utilizar toda la tracción disponible. En este caso se coloca un segundo motor sobre el eje trasero.


Por su capacidad de cargar el material en sí misma son habitualmente empleadas en recorridos cortos, ejecutando taludes, zanjas y las primeras labores de obras de explanación. También son empleadas en la minería de cielo abierto.

Sin embargo, su elección se limita según las características del camino por donde deberá circular. Es decir, se tendrá que considerar las siguientes condiciones:

− Deben ser lo suficientemente ancho para permitir el adelantamiento de vehículos − Deben estar bien conservados (mediante uso de motoniveladoras), carecer de rodadas y

estar bien drenados − En lo posible, deberán ser construidos con pendientes inferiores al 5% y no superior al

12% − Los caminos de arrastre deben preverse de forma que se eviten los cuellos de botella, las

pendientes acusadas y las curvas − Debe tratarse de mantener la resistencia a la rodadura tan baja como sea posible Por otra parte, cabe mencionar que las mototraíllas estándares de un solo motor, son

adecuadas para suelos sueltos y para bajas resistencias a la rodadura; pero como se mencionó con anterioridad, requieren de la ayuda de empujadores, resultando económicas sólo hasta una distancia de transporte de unos 4 km.

Figura 2.3. Mototraíllas

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2.3.3. Excavadoras

Bajo este nombre genérico se conocen o agrupan varias maquinarias empleadas en excavación: pala excavadora frontal, retroexcavadora, clamshell y draga.

Pala excavadora frontal

Es una máquina que comprende un chasis rígido y una cuchara excavadora. Puede estar montada sobre orugas o sobre ruedas.

Su funcionamiento consiste en estirar el brazo de la cuchara hacia delante hasta que los dientes se claven en el terreno, dándose el inicio de la excavación en el momento de levante de la pluma (con sistema de cables o hidráulico). En el momento en que ya está llena, se gira la superestructura hasta el punto de vaciado, que puede ser un camión, o botadero, luego se abre la tapa inferior de la cuchara efectuándose el descargue. Finalmente gira la superestructura hasta su posición de excavación, comenzando nuevamente el ciclo.

Estos equipos pueden girar hasta en 360º en planta y la altura de excavación dependerá del alcance de la pluma, que en equipos empleados en obras civiles puede llegar a unos 5 metros por sobre el nivel del piso. Cuando el equipo está montado sobre ruedas, será necesario estabilizar la máquina mediante gatos o soportes estabilizadores, con el fin de evitar excesivos movimientos y esfuerzos en los ejes, debido al tamaño de las ruedas traseras.

Figura 2.4. Pala Excavadora Frontal

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Retroexcavadora


La operación de esta máquina es similar a la anterior, la pluma está invertida con respecto a la de la pala, de este modo puede excavar hacia el cuerpo de la máquina bajo el nivel de piso.

Su funcionamiento consiste en estirar el brazo de la cuchara hacia delante bajando la pluma hasta que los dientes se claven en el terreno, dándose el inicio de la excavación en el momento de recogimiento de la cuchara. En el momento en que ya está llena, se levanta la pluma y se gira la superestructura hasta el punto de vaciado, lo demás es similar a la pala.

Dentro de sus aplicaciones está excavar bajo el nivel del piso de los sustento de la pala o de las orugas, es por ello que se usa principalmente en excavación de zanjas y fundaciones; también corta verticalmente los costados de las excavaciones, rebaja terrenos de cualquier altura o hace nivelaciones.

Sus ventajas son:

• Trabaja en cualquier terreno, aunque sea duro. • Comparado con el dragline, su trabajo es más preciso y puede hacerlo en espacios

reducidos. • Al trabajar en excavación de subterráneos de grandes edificios, puede trabajar desde la

superficie sin la necesidad de rampa, además no será preocupante la aparición de agua en el subterráneo.

Sus desventajas y/o limitaciones:

• Posee un bajo alcance tanto para excavar como para vaciar el material excavado, esto hace que su aplicación vaya dirigido a materiales duros y con poco alcance.


Es conveniente conocer la dureza o consolidación del material a excavar o extraer para poder realizar una adecuada elección. Las dimensiones de la cuchara a elegir dependerán de diversos factores, siendo los más trascendentales:

− Si se trabaja haciendo zanjas el tamaño dependerá del ancho de la zanja que deberá ser igual al ancho de la cuchara; de la profundidad de la zanja que debe ser igual o menor que la máxima profundidad de excavación y, por último, la longitud de la zanja ya que por programación corresponderá cumplir con un metraje diario.

− En otros trabajos dependerá de la producción que tenga por hora.

− El límite del tamaño será aquel que no aumente el tiempo del ciclo de trabajo.

− La cuchara posee dos cortadores laterales los que no influyen en el rendimiento, ya que sólo sirven para excavar una zanja más ancha.

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Al ser la pala retroexcavadora un accesorio, su rendimiento se verá afectada por:

− El rendimiento de la pala varía con la calidad del terreno, siendo la variación más notoria en las palas pequeñas que en las de mayor tamaño. La variación fluctúa dentro de amplios márgenes según el tipo de material a excavar y cargar. Sin embargo, es válido otorgar una regla básica como la siguiente: por cada m3 de capacidad de cuchara, una pala carga por hora 100 m3 de material blando y 70 m3 de material duro o rocoso (Manual de Maquinaria de Construcción, Manuel Díaz del Río). Para mayor información, en el Anexo A se encuentra la Tabla de Producción Aproximada, en metros cúbicos por hora para pala excavadora, según capacidad del cucharón.

− Altura óptima de corte. Dependerá del tamaño de la pala y de la clase del material. Se entiende por “profundidad de corte” u “óptima cota de excavación” a aquella con la que se consigue un máximo de rendimiento en volumen excavado y la posibilidad de llenar completa y de una sola vez la cuchara. (Anexo A. Tabla de Profundidad Óptima de Excavación, en [m]).

− Influencia del ángulo de giro horizontal. La producción con respecto a un ángulo de 90º puede disminuir en un 30% si se cambia el ángulo a 180º o aumentar en un 20% al reducir el giro a 45º. Se recomienda no bajar de los 70º ni aumentar de los 90º (Anexo A. Tabla de Factores de corrección para la profundidad de corte y ángulo de giro en palas excavadoras)

− El espacio disponible. La capacidad puede quedar limitada por el espacio en que pueda moverse.

− Distancia de transporte. Como las distancias de transporte son variables dentro de una misma obra, se trata se hacer las combinaciones que dejen la menor cantidad de tiempo ocioso.

− Volumen de trabajo. Considerar el trabajo presente y el futuro, porque según la capacidad serán lo años de vida útil que tenga la pala

− Costo de producción. Es usado como última instancia en caso de no haber determinado el tamaño de la pala con los factores anteriores.

Otra forma de determinar el rendimiento es basándose en la duración del ciclo de trabajo y fijar un coeficiente de eficiencia según condiciones de cada faena. Luego, el volumen excavado por hora será:

tfsCEV ⋅⋅⋅⋅

=60

en donde: t, es el tiempo del ciclo de trabajo E, % de eficiencia o coeficiente de eficiencia C, capacidad de la cuchara s, coeficiente de esponjamiento del terreno

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f, coeficiente igual al volumen efectivo de tierra que carga la cuchara dividido por la capacidad de la cuchara

Otras tablas, específicamente de eficiencia en el trabajo y factores de llenado del cucharón en

palas y dragas, se podrán encontrar en el Anexo A.

Figura 2.5. Retroexcavadora

Pala con equipo Dragline


También llamada draga, es una pluma que se agrega a la pala base y su longitud será de acuerdo al tamaño de la pala. Esta pluma está formada por tres cuerpos: la parte inferior tiene tres goznes para conectarse a la superestructura de la pala base; el cuerpo intermedio que otorga la longitud deseada de la pluma; la parte superior que lleva la polea para el cable de izaje.

El funcionamiento de este equipo comienza soltando el cable de izar dejando caer el cucharón al terreno en el punto que se desee iniciar la excavación, lugar que puede estar más allá del alcance de la pluma. A continuación se recoge el cable de arrastre dando inicio a la excavación, se llena el cucharón y el operador tira el cable de izar dejándolo en posición horizontal con su carga y a la vez posicionándose para descargar. En el punto de descarga se suelta lentamente el cable de arrastre hasta producir el vaciado del cucharón.

Es empleado principalmente en terrenos bajo el piso de la pala, aunque también se usa a niveles superiores. Igualmente es empleado en terrenos bajo el agua, limpiando canales,

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dragados de río o extrayendo arena o ripio de los ríos. Por otra parte, excava zanjas y canales profundos; también es usado cuando los botaderos están más alejados del alcance de la pala o retroexcavadora.

Dentro de las características y funciones de los tipos de cucharones que se fabrican para cada capacidad se encuentran: las de un primer tipo de construcción sólida y pesada que sirven para excavar en terrenos duros; un segundo tipo que son más livianos y se emplean para excavar en cualquier terreno que no sea duro; y un tercer tipo, utilizado en terrenos sueltos, movimiento de materiales o en trabajos de dragado y limpieza, son livianos y están perforados o tienen ranuras en el fondo que permiten la eliminación de agua para alivianar el peso de la carga.

Dentro de sus limitaciones está el hecho de que no es muy precisa en el vaciado, por lo que se debe tener camiones de mayor capacidad que la pala, según la razón: capacidad de cucharón es a la capacidad del camión como uno es a cinco, o mayor. También está limitado a excavar terrenos de mediana dureza y que no contengan piedras de tamaños que entorpezcan la entrada fácil del material al cucharón.


El tamaño de la pala base variará con el largo de la pluma para un determinado alcance. Así también el tamaño del cucharón dependerá del volumen por hora a excavar según programa de trabajo de la obra.

Otra forma de determinar la capacidad del cucharón es con las características del terreno y su esponjamiento. La clase del terreno determinará si el cucharón será liviano, medio o pesado.

El tipo de trabajo más la distancia de excavación determinarán el largo de la pluma. Para obtener un mejor rendimiento de ella su inclinación con respecto de la horizontal debe estar entre 26º y 35º. Por otra parte los giros admisibles de la máquina pueden alcanzar y sobrepasar los 90º; no es frecuente, en la práctica, que se presenten giros menores.

Debido a que cada pala tiene su momento máximo, se puede determinar la pala base conociendo el peso del cucharón y el largo de la pluma y viceversa.

Tablas con la producción aproximada en metros cúbicos por hora, profundidad óptima de corte, así como los factores de corrección para profundidades de corte y ángulos de giro, se presentan en el Anexo A.

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Figura 2.6. Dragline

Pala con equipo Clamshell


Posee una forma de medio tambor compuesto por dos mitades articuladas en la parte superior, las que se pueden juntar tirando de un cable llamado cierre a través de un sistema de poleas y se separan al colgar el clamshell de otro cable denominado suspensión. Tiene dientes o cuchillas según el terreno.

El cucharón colgado del cable de suspensión se deja caer sobre el terreno, se tira el cable de cierre para que se junten las partes llenándose de material. Luego se levanta el clamshell por el cable de cierre y se gira la pala al lugar de descarga a botadero o a camión. A continuación se suelta el cable de cierre dejando suspendido y abierto el clamshell, se produce el vaciado. Excava verticalmente.

Se fabrican tres tipos: uno pesado, provisto de dientes empleado en terrenos blandos; otro liviano, equipado con cuchillos utilizado en movimiento de materiales sueltos (arena, ripio, etc.); y otro de peso intermedio, para todo uso. A este último se le pueden agregar dientes y contrapesos para hacer excavaciones.

Sus ventajas son:

• Trabaja en recintos pequeños a cualquier profundidad o altura, bajo o sobre el piso de la pala

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• Trabaja en terrenos secos, húmedos o bajo agua • Limpia canales estén o no en servicio • Excava del interior de una fundación por torre

Este equipo queda limitado al uso en terrenos blandos, capacidad de la pala y largo de la pluma. La longitud del cable de la pala limita la profundidad a la que puede excavar y la longitud de la pluma a la altura a la que puede llegar.

A su vez el radio de acción y la altura de descarga quedan determinados por el tamaño de la pala base, largo de la pluma, capacidad del clamshell y densidad del material a remover.


Para elegir el tamaño del clamshell se consideran los mismos factores aplicados en el Dragline, especialmente los relacionados al tamaño del cucharón, pala base y largo de pluma.

Se debe cuidar que el cucharón no sobrepase una carga límite, la que es determinada en los catálogos de cada uno de los fabricantes.

El rendimiento se determina según lo explicado en las palas anteriores.

Figura 2.7. Clamshell

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2.3.4. Cargador Frontal

Conocido también como pala cargadora, existe sobre orugas o ruedas y sólo está diseñado para excavar material desde acopio y cargar a unidades de transporte. Puede ser empleado para la excavación de posición fija y con transporte a pequeñas distancias (10 a 20 m.) en suelos relativamente sueltos.

Cargadores sobre orugas


De apariencia muy similar a la de un bulldozer en cuanto a los cambios de marcha y al sistema hidráulico. Pero, las orugas están colocadas más hacia adelante para ofrecer contrapeso en el momento de la carga y para distribuir igualitariamente la carga cuando la cuchara esté totalmente cargada.

La cuchara es controlada por dispositivos hidráulicos y cuenta con un dispositivo de seguridad que suelta el sistema de elevación cuando la cuchara alcanza la altura predeterminada. En muchas ocasiones se instala un mecanismo similar para mantener la cuchara horizontal al momento de la descarga, también puede descargar en forma lateral.


Las características que marcarán la elección de una cargadora con orugas, se presentarán como ventajas y desventajas de la misma. Estas son:

Ventajas:

− Es considerada como una verdadera excavadora. De hecho está diseñada para hacerlo. − Ofrece mayor potencia de tracción, por lo tanto, se desenvuelven mejor en condiciones

más duras. − Es estable en superficies blandas y fangosas, lo que se transforma en un mejoramiento de

la producción y rendimiento.

Desventajas o limitaciones:

− Poseen capacidades de cucharas hasta de 7 m3. − Son antieconómicas cuando la distancia entre los puntos de excavación y descarga es

mayor a 80 metros. − Posee una baja velocidad de desplazamiento.

Cargadores sobre ruedas


Son muy distintos a los cargadores sobre orugas, ya que su diseño proviene del tractor agrícola. Este diseño ha evolucionado a una forma que consiste en un chasis articulado con el

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motor montado sobre las ruedas traseras y la cabina sobre el chasis delantero o sobre el trasero, según lo prefiera el fabricante.

Este tipo de máquina posee un dispositivo articulado que otorga a la cargadora buenas condiciones de maniobrabilidad; lo anterior facilita el giro en planta de 40º del chasis con respecto a la dirección de avance, lo que permite el trabajo de la máquina con un radio de giro relativamente pequeño.

La potencia de este equipo es entregada por el motor diesel a través de un convertidor de torsión y sistema de transmisión para el movimiento de las ruedas. Normalmente se manejan con tracción en las cuatro ruedas, para ello éstas deben ser del mismo tamaño; sin embargo, la mayoría de los modelos trabaja con dos ruedas tractoras. La tracción trasera es apta para cuando se este excavando (situaciones muy esporádicas); así mismo, la delantera es más adecuada para cuando se este transportando material a cucharón lleno.

La mayoría de estas máquinas tiene el eje delantero fijo, y el eje trasero tiene la posibilidad de oscilar ±15º respecto a la horizontal, es decir, tiene un total de 30º que permiten sortear de mejor forma los accidentes que pueda presentar el suelo.

Tanto los cargadores con orugas o ruedas pueden realizar similares tareas. Son usadas básicamente para cargar material suelto o para excavar a nivel de las orugas o de las ruedas en suelos relativamente sueltos.

Algunos de los métodos para cargar son:

− Carga en V. Es un método eficaz adoptado corrientemente cuando camiones o dumpers son capaces de adoptar posiciones adecuadas.

− Carga lateral. No se requiere el giro de la cargadora y se usa principalmente para rellenar zanjas o para descargar en zonas muy próximas. Este tipo de carga no es usada frecuentemente en obras de construcción en general.

− Carga en cruz. Se necesita de una maniobra más compleja que la carga en V. Por ello es menos eficaz.

− Carga directa. Es empleado cuando es posible ubicar el camión en la línea de excavación; aparentemente este procedimiento parece eficaz; sin embargo, la necesidad de coordinar las dos máquinas hace el procedimiento más tedioso y por ende se utiliza poco.

− Carga por elevación. Es empleada principalmente en trabajos de túneles.


Las características que marcarán la elección de una cargadora con ruedas, se presentarán como ventajas y desventajas de la misma. Estas son:

Ventajas:

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− Adecuadas para entregar servicios de acopios y para excavar en suelos sueltos. − Puede tolerar capacidades de cucharas mayores a 30 m3. − Desarrolla velocidades más altas que los cargadores sobre orugas, por lo que puede

transportar hasta distancias de 200 metros. − Se desplaza sobre carreteras pavimentadas sin causar daños. − Es más móvil y manejable.

Figura 2.8. Cargador Frontal Sobre Ruedas

2.3.5. Camiones


Es el equipo más utilizado en las obras por su facilidad de adaptación a las variadas condiciones de trabajo y carga.

Se caracteriza por desarrollar las más altas velocidades, por transitar en caminos de mayor pendiente, malas condiciones o fuera de ellos, es por eso que todas sus ruedas son motrices. Sus costos de transporte son relativamente bajos.

Según los requerimientos de trabajo se pueden clasificar según los siguientes factores:

− Camión de dos o más ejes según su capacidad de carga − Camión de tracción en uno o más ejes

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− Camiones para trabajos livianos y de altas velocidades en caminos o para trabajos pesados y de poca velocidad

− Camiones según sistema de vaciado, que puede ser por atrás, por el lado o por el fondo − Camiones para transporte de tierra y roca Camiones tipo de motor

Además, según la capacidad de tonelaje transportado se pueden clasificar en camiones para carreteras y para fuera de carreteras.

Una adecuada combinación de los factores mencionados ayudará a seleccionar al equipo que más se adecue a las condiciones de una faena en específico.

Los camiones que transitan por los caminos tienen velocidades mayores a los 70 km/h, pero los destinados a trabajos pesados en faena de hasta 60 km/h.

Los camiones utilizados para el transporte de la tierra excavada, son normalmente del tipo de vertido trasero. Sin embargo, son tres los sistemas de volteo de material, estos son:

− Volteo posterior. Se adaptan a cualquier tipo o tamaño de camión, cargando cualquier tipo de material. Los que cargan roca están implementados con una caja más reforzada o de doble fondo y no cuentan con puerta posterior; el fondo se levanta en la última parte para que suelte el material. Puede trabajar en áreas pequeñas y vaciar fácilmente al borde de botaderos o en tolvas. El mecanismo de volteo consiste en un pistón accionado por una presión de aceite, la que es suministrada por una bomba conectada a una toma fuerza que traen los camiones en la caja de cambio. Su única limitación es que no puede vaciar al borde de caminos angostos por no poder estacionarse.

− Volteo lateral. Tiene las mismas aplicaciones que el volteo posterior más la posibilidad de vaciar material en caminos angostos. Uno de los problemas que se presentan es que al vaciar en terrenos planos, el material se escurre bajo las ruedas y las traseras deben transitar sobre él produciendo su deterioro. Su capacidad de acomodarse para vaciar y la descarga propiamente tal, son más rápidas que con el volteo posterior.

− Volcamiento por el fondo (vagones). Utilizado para el carguío de cualquier terreno que no contenga piedras de gran tamaño; no sirven para cargar roca partida, porque el impacto es recibido directamente por el mecanismo de puertas que forman el fondo de la tolva. Se caracterizan porque su vaciamiento es rápido y sobre la marcha.

Los camiones preferiblemente deben poseer tracción en las cuatro ruedas, para que sean capaces de vencer condiciones difíciles del terreno y circular con cierta rapidez sobre carreteras pavimentadas.

Los camiones sustentados sobre dos ejes son más aceptados, ya que permiten una mejora en el manejo y reducción el círculo de giro; la carga del eje trasero, cuando la carga es importante, tiende a ser más alta que en los camiones de tres ejes. Sin embargo, en la actualidad, los neumáticos de gran tamaño montados sobre ruedas gemelas son capaces de

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soportas esas grandes cargas, lo que hace al camión de dos ejes un vehículo versátil en cualquier circunstancia, excepto cuando el suelo es muy blando.

Los vehículos de tres ejes solamente resultan indispensables cuando la capacidad del suelo es limitada, tal como ocurre en arcillas y suelos de grano fino. Estos camiones son más costosos que los de dos ejes, debido a la dificultar de acoplar las ruedas de un gran diámetro en un chasis relativamente corto.


La elección del sistema de transporte, depende de muchos factores, entre ellos se pueden nombrar:

− Clase de material a transportar. − Volumen del material a transportar. − Tiempo disponible. − Tipo y capacidad del equipo de carguío. − Forma y amplitud de lugares de carga y descarga. − Condiciones de operación, ya sea distancia de transporte, calidad y gradientes del camino.

Los camiones representan la unidad de transporte que puede llegar a mayor distancia, sin embargo, en general cada kilómetro adicional a una distancia de 10 km, significa un costo importante en el movimiento y transporte de tierras. Con respecto a la elección del tamaño del camión, se puede decir que este suele estar entre 3 a 10 veces el tamaño de la cuchara cargadora, siendo 5 un valor medio. Pero la elección final del tamaño del camión a utilizar dependerá de la experiencia adquirida de otras obras u obras anteriores, con suelos de características diversas y con distintos tipos de equipos de maquinarias.

Como ya se mencionó, existen distintos tipos de tamaños de camiones, pudiéndose dividir en unidades pequeñas y unidades de gran tamaño. Las unidades pequeñas presentan ventajas y desventajas, las que pueden influir al momento de su elección:

Ventajas:

− Fáciles de maniobrar. − Desarrollan mayores velocidades. − Existe una menor pérdida de producción cuando una unidad queda fuera de servicio. − Facilitan el ajuste del número de vehículos con la producción del equipo de carguío, lo que

implica menos cantidad de tiempo ocioso entre equipos de carguío y transporte.

Desventajas:

− Hay más dificultad para cargar unidades pequeñas que grandes, lo que se traduce en un menor rendimiento del equipo de carga.

− Se necesitará un mayor número de operadores. − Habrá más unidades trabajando, lo que produciría una mayor congestión en lugares de

carga y descarga. Además de significar un mayor capital invertido.

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− Se incrementarán los gastos de mantenimiento y reparación, así como los gastos por stock de repuestos.

Las unidades de mayor tamaño también presentan ventajas y desventajas que, del mismo modo, influirán en la decisión final.

Ventajas:

− Mejor relación de peso transportado por potencia disponible.

Desventajas:

− Produce un mayor deterioro en los caminos. − Dificultad para obtener las piezas de repuestos. − Problemas para transitar en caminos públicos o en puentes que tengan limitación de carga.

El rendimiento de un camión será igual a la cifra promedio resultante de m3/hr transportado en un largo período y depende de: la capacidad del camión, esponjamiento del suelo, tiempo empleado en el ciclo de trabajo y de la eficiencia de la administración de la faena.

Las etapas del ciclo de trabajo son: carguío del camión, viaje de ida, descarga, viaje de regreso, colocación.

Figura 2.9. Camión de Tipo Vertido Posterior

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2.3.6. Rodillos

A pesar de la gran variedad de rodillos que se encuentran hoy en el mercado, en este capítulo sólo se incluirán tres de ellos, ya que son los más empleados en estas faenas. Estos son:

− Rodillo pata de cabra − Rodillo con ruedas neumáticas − Rodillo vibratorio

Rodillo pata de cabra

Es un rodillo cilíndrico de acero que tiene dispuesto en su superficie unos elementos salientes que dan el nombre al equipo, ya que tienen forma similar a las patas de cabra. Estas patas van soldadas en hileras, perimetrales al cilindro, que contienen entre 10 a 20 elementos que distan entre sí entre 100 a 200 mm. en el sentido del eje del tambor.

La potencia del motor dependerá de: el tamaño y cantidad de rodillos a remolcar, velocidad de marcha, tipo de terreno a compactar, contenido de humedad, entre otros. Debido a que estos factores no se pueden calcular, en obras de gran importancia es necesario hacer una prueba en terreno para determinar el esfuerzo necesario.

El peso de los rodillos de pata de cabra oscila entre 1.000 y 10.000 kg, y pueden emplearse en paralelo.

Debido a que el área de contacto con el suelo es pequeña, el equipo transmite una elevada presión, lo que produce un efecto de amasado en las partículas de suelo; de este modo, con repetidas pasadas, las patas van subiendo gradualmente por el terreno. Es muy apropiado para suelos finos. Además, por su sistema de compactación de amasado, es preferido para compactar suelos cohesivos que no posean piedras.

Figura 2.10. Rodillo Pata de Cabra

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Rodillo con ruedas neumáticas

Consiste en un cajón metálico apoyado sobre ruedas neumáticas. El objetivo del cajón es aumentar el peso del rodillo con lastre, - para lo cual se usa preferentemente, arena seca o mojada o bolones- aumentando su peso al doble, aproximadamente.

Las ruedas deben tener acoplamientos independientes combinados con un sistema articulado que distribuya el peso por igual sobre cada rueda, en las superficies irregulares onduladas.

Existen compactadores de arrastre de un solo eje en los que se procura que los neumáticos estén cercanos entre sí, con el fin que no quede ningún lugar sin estar eficazmente compactado.

Los más comunes son autopropulsados y que se construyen con dos ejes, con un total de siete ruedas (tres delanteras y cuatro traseras) o de nueve ruedas (cuatro delanteras y cinco traseras), de tal forma que, como se dijo anteriormente, las ruedas traseras cubran total o parcialmente las huellas delanteras para evitar ondulaciones.

Son utilizados en la compactación de terrenos en que la capacidad de soporte exigida varía entre 2,8 y 7 kg/cm2.

Los compactadores autopropulsados son empleados con frecuencia en la compactación de suelos cohesivos de grano fino, y arenas y gravas de granulometría cerrada.

Rodillos vibratorios

Los rodillos vibratorios, que están basados en sistemas de vibración o aplicación de energía cinética, están constituidos por una unidad vibratoria; su frecuencia puede variar para aumentar el poder de compactación y hacer que el método se adopte a la mayoría de los casos, incluso la compactación de roca fragmentada. En los modelos modernos se puede variar la frecuencia y amplitud de la vibración desde los comandos de cabina.

La vibración se obtiene al hacer girar un contrapeso excéntrico ubicado en el interior del tambor. A diferencia de las máquinas estáticas, no se puede aumentar su peso con balasto y solamente pueden utilizarse pesos externos que van colgados del chasis de sustentación. Sin embargo, el efecto de la vibración aumenta significativamente la acción ejercida por el compactador.

Al poner en vibración al rodillo, las vibraciones se transmiten a las partículas de suelo, mejorando de esta forma la compacidad.

Cabe mencionar que la compactación vibratoria es más eficiente y económica cuando se hace a velocidades bajas, ya que permiten un mayor flujo de la energía vibratoria al suelo. Apropiado para suelos granulares.

En cuanto a los rodillos vibratorios, son elegidos por su alta adecuación a trabajos en suelos granulares, como arena, gravas y piedras relativamente grandes, ya que el material se acomoda mejor, aumentando la densidad de masa.

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Figura 2.11. Rodillo Vibratorio

2.3.7. Motoniveladoras


La motoniveladora se creó con la finalidad de perfilar explanadas, superficies de la subbase y bases de las carreteras, así como los desmontes y rellenos, para igualar los taludes de las presas de tierra y conservar los caminos de arrastre de las obras.

Últimamente, se esta empleando con mayor frecuencia motoniveladoras de tres ejes, ya que se ha demostrado la necesidad de máquinas más robustas y pesadas, debido a que deben soportar un potente motor y proporcionar una mayor tracción.

Las motoniveladoras están compuestas por un bastidor, el cual lleva el motor, la transmisión, la cabina del operario y los controles. En la parte delantera del bastidor, las ruedas soportan una viga puente de donde cuelga la cuchilla. En algunos casos la viga va unida mediante un pivote al chasis trasero, lo que permite girar en un círculo reducido, tener mayor manejabilidad y avanzar con el bastidor en ángulo en relación con el sentido de la marcha. En otros casos, la unión es rígida y el control de dirección sólo es posible en el eje delantero.

El diseño de este tipo de máquinas permite dos posiciones de las ruedas delanteras: una en donde ellas se inclinan hasta unos 15º a cada lado de la vertical para resistir los empujes laterales cuando, por ejemplo, la hoja vertedera trabaja en posición inclinada; otra, en que

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trabajen en diferentes niveles para reperfilar pequeños taludes, excavar cunetas, establecer peraltes, y otras tareas análogas. La combinación de ambas posiciones permite que la dirección pueda controlarse sin necesidad de una concentración excesiva por parte del conductor, liberando así su atención a favor del manejo de la hoja vertedera.

Su función es básicamente nivelar y perfilar ya sea un plano horizontal, un talud o una cara vertical; por otra parte es también es utilizado en la construcción de cunetas y relleno de zanjas y desniveles.

La nivelación y reperfilado, en un plano horizontal, se hace con la hoja centrada o girada hacia un lado u otro. Si la hoja se coloca horizontal pero con un cierto ángulo respecto a la marcha, el material se amasará hacia el extremo de la hoja y formará un cordón continuo de acopio de material. Por el contrario, con la hoja perpendicular a la marcha sólo se obtiene la extensión o reperfilado del material.

La construcción de cunetas se logra cuando la hoja vertedera se inclina, tanto en planta como respecto a la vertical, y se coloca de forma que sobresalga un poco de las ruedas, por el lado de la cuneta a excavar. Con esto se logra un caballón o cordón a lo largo del borde de la cuneta.

En cuanto a la operación de relleno de zanjas o desniveles se logra de forma similar a la confección de un cordón.

En resumen, todos los trabajos antes mencionados son posibles gracias a la hoja con la que cuenta la máquina. Por ende, se puede decir que la inclinación de la hoja consigue ajustarse a las conveniencias del trabajo. Se inclina hacia atrás cuando se trata de cortar el suelo y hacia adelante cuando se trata de extender el material. Cuanto más levantada esté la hoja vertedera, mayor será el efecto de mezclado y de amasado del material que se pretende extender.


Es característica en las obras viales ya que es muy eficaz por su rapidez y maniobrabilidad. También por la cuchilla que posee, porque corta el terreno y luego lo nivela, ya sea por capas o pasadas.

Por otra parte, al existir la posibilidad de agregar otros dispositivos, es viable el desarrollo de otras actividades. Los aditamentos y las respectivas actividades son:

− Escarificador. Puede ir ubicada en la parte trasera o delantera de la motoniveladora; sin embargo, se utiliza delante de la hoja vertedera para poder disgregar el suelo y, así, facilitar el trabajo de la motoniveladora.

− Pala para la nieve. Utilizado en el retiro de nieve de los caminos. − Pala en V. Abre brechas en un lugar muy escarpado − Una hoja convencional de bulldozer. Permite que la motoniveladora sea utilizada como

bulldozer, lo que es posible por su capacidad de tiro en trabajos livianos.

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Figura 2.12. Motoniveladora

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CAPÍTULO 3

MOVIMIENTO DE ROCAS

3.1. OBRAS CIVILES DE INFRAESTRUCTURA

Durante la construcción de muchas de las obras de infraestructura siempre será posible encontrar roca durante las excavaciones, ya sea en la construcción de obras viales, construcción de embalses, túneles, etc. A veces la roca se presenta en mantos o macizos uniformes y otras veces incrustadas en matrices de suelos.

3.2. PARTIDAS ASOCIADAS AL MOVIMIENTO DE ROCAS

Para la correcta ejecución de las obras y para la obtención de los resultados esperados, se deben considerar una serie de actividades, entre las cuales se consideran las siguientes:

− Excavación en material común − Ripiadura o rasgado de la roca − Perforación − Voladura − Transporte de la roca − Quebrado de sobretamaños y roca predividida − Levantamiento de áridos para expedición.

Figura 3.1. Movimiento de Rocas

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Excavaciones en material común

Corresponde a los trabajos realizados en materiales como limos, arcillas, arenas, conglomerados y piedras, incluyendo además, en esta partida a la remoción de la capa vegetal. Dentro de esta partida se debe considerar el tipo de maquinaria que se debe usar tanto para la remoción del material antes mencionado como el depósito donde se alojará éste, teniendo en cuenta incluso la compactación que necesita el material en el lugar de depósito. Esto puede ser a requerimiento del contratista o por condición de leyes sobre el medio ambiente.

Ripiadura o rasgado de la roca

Corresponde a la alternativa de la voladura, consistente en el empleo de maquinaria específica, como los rippers o ripiadores de remolque, tractores con hojas o cuchillas montadas para ese propósito, entre otros. Este método se usa cuando es más factible romper la roca que volarla; esto se determina con sismógrafos que determinan la velocidad de la onda sonora del suelo lo que permite determinar la dureza de la roca que se quiere trabajar; para velocidades menores a 2.500 m/s de onda es aconsejable usar este método, siempre y cuando los costos y los tiempos empleados sean menores. En rocas marginales, es decir, con velocidad de onda intermedia, es necesario hacer pruebas en terreno para la determinación del método óptimo.

Perforación

Corresponde a los trabajos para el correcto posicionamiento y diseño de barrenos. Esta fase dependerá en gran medida de la calidad y características del macizo rocoso y características geométricas de los barrenos, además del esquema previsto, características técnicas de equipo utilizado y de la experiencia y habilidad del perforista. En trabajos de perforación-voladura, ésta fase puede llegar a alcanzar hasta un 30% del total.

Voladuras

Es una de las alternativas para romper la roca que se precisa mover y una de las actividades principales dentro de lo que se considera movimiento de rocas. Consiste en el uso de explosivos para lograr el objetivo de soltar y quebrar la roca. Esta partida tiene actividades asociadas previamente establecidas tanto en requerimientos de explosivos propiamente tal, como de sistemas de encendido y tipo de ignición, sin dejar de lado las normas de seguridad asociadas a cada una de estas actividades. Las voladuras según se desee o se requiera, presentarán diferentes características tanto en el tipo de explosión, así como en otros aspectos, tales como el tipo de producto, corte deseado de la roca, plazos de la voladura, entre otros.

Transporte de rocas

Es uno de los aspectos más importantes dentro de los movimientos de roca; tanto así que en minas de cielo abierto el costo de carga y transporte de material puede alcanzar hasta el 60% del total, de manera que se debe determinar cuáles serán los equipos más adecuados.

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Quebrado de sobretamaños y roca predividida

El quebrado de sobretamaños se realiza con maquinarias especiales, como martillos neumáticos, y se realiza este tipo de trabajo por dos motivos principales: el primero, para reducir el material y facilitar su traslado en maquinarias y/o correas transportadoras; el segundo, por requerimientos del producto requerido, como es en el caso de rocas o piedras ornamentales o para rocas de tamaño adecuado para enrocados y defensas en general. El proceso de roca predividida se usa para facilitar el trabajo de las máquinas ripiadoras y

consiste en el uso de explosivos a través de una roca relativamente suave. Se hacen barrenos de seis a diez centímetros de diámetro, espaciados entre 45 y 90 centímetros entre ellos o más, dependiendo de la característica de la roca. Los barrenos se cargan con una o dos dinamitas en el fondo, con cargas pequeñas. Se hace a intervalos hasta llenar el hoyo; una vez cargado el hoyo se completa con material fluido. Este proceso permite un buen quebrado de roca sin la necesidad de volarla.

3.3. MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE ROCAS

3.3.1. Tractores Bulldozer


El término bulldozer se usa tanto para bulldozer como para angledozer y este tipo de maquinaria puede ser desmontada y usada como tractor oruga o de rueda, dependiendo del tipo de bulldozer.

Este tipo de maquinaria se puede clasificar según el método de subir o bajar la pala además de su clasificación según cable controlado o control hidráulico; dependiendo del proyecto pueden o no tener ventajas uno sobre otro.

Los bulldozer pueden usarse con varios tipos de hojas, dependiendo del trabajo que se quiera realizar.

Estas máquinas son las más versátiles dentro de la maquinaria móvil que se utiliza en construcción, ya que sirve tanto para empujar o tirar cargas, como para montar sobre ellas diversos accesorios, como: palas frontales, rippers, grúas, zanjadoras, tiendetubos, entre otros.

Dentro de la clasificación que existe para este tipo de maquinaria, los tractores se clasifican principalmente en dos tipos: de oruga y de ruedas. Los tractores oruga se mueven mediante un cinturón flexible con un conjunto de eslabones rígidos unidos unos a otros, siendo estos los que permiten el movimiento de la maquinaria y son los más apropiados para el trabajo con roca.

Este tipo de maquinaria tiene la ventaja en la pendiente por la que circula, logrando tener buena tracción hasta los 45 grados aproximadamente.

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Figura 3.2. Bulldozer Sobre Oruga

Según el tipo de hoja que se usa, se puede inferir lo siguiente:

Hoja recta (S)

La penetración de la hoja es controlada por el ángulo de ataque de la hoja y físicamente, es más corta que la hoja universal o la semiuniversal. Este tipo de hoja tiene gran capacidad de penetración y empuje. Empuja todo tipo de materiales pesados y se puede decir que es de fácil maniobrabilidad.

Hoja semiuniversal (SU)

Este tipo de hoja combina la penetración de las hojas estándar o recta y la capacidad de la hoja universal. Su principal característica es su capacidad de empujar con rapidez materiales muy compactados, además de su buena capacidad de penetración y retención.

Hoja C

Se usa para empuje, para cargar traíllas sobre la marcha y es útil en restauración y labores generales de empuje. Tiene buena maniobrabilidad en espacios reducidos.

Otros tipos

Existen otros tipos de hojas que se usan generalmente para labores forestales, es decir, labores de escarpe. Existen hojas tipo V, que se usan para cortar árboles; tipo rastrillo, para labores de limpieza de terreno; hojas K/G para preparación de terrenos, como corte de árboles, apilado de monte bajo, zanjas trapezoidales de drenaje, caminos madereros, entre otros. También se usan secciones en caja para aumentar la fortaleza de la hoja y, para mantener un buen rango de producción, el tramo de empuje debe ser lo más corto posible.

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Bulldozer de oruga

Los tractores de oruga se catalogan por tamaño o peso y potencia. El peso es muy importante en muchos proyectos por el esfuerzo de tracción máximo que una unidad puede aportar.

Existen distintos tipos de tractores oruga, como el tractor oruga con dirección directa y tractores oruga con convertidor a torque y transmisión de traspaso de potencia. Los primeros tienen algunas especificaciones de uso, como normal, que se usa para operaciones continuas, y máximo, para períodos cortos de tiempo con un mayor esfuerzo de tracción, como en los casos cuando se pasa sobre superficies suaves del terreno. Los tractores de oruga con convertidor de torque y transmisión de traspaso de potencia entregan eficientemente el flujo de poder desde el motor hasta los ejes mediante la selección automática de la velocidad o marcha más adecuada para el tiraje de carga.

Por otra parte, el equivalente de la barra de tiraje que el tractor debe proveer, sin importar si la dirección es directa o transmisión de traspaso de potencia, es la suma algebraica de la carga de remolque, el efecto de grado del tractor y el efecto de aumento o disminución de la resistencia al rodado del tractor.

Bulldozer de neumáticos

La ventaja principal por sobre los tractores oruga es su mayor rapidez, pero sacrifica esfuerzo de tiraje. Esto porque tiene menor coeficiente de roce entre las ruedas de goma y algunas superficies de suelo, las ruedas pueden deslizar antes de llegar al esfuerzo de tracción necesario. La tracción desarrollada por una rueda de tractor se expresa como libra de rimpull (medida de esfuerzo de tracción que el motor es capaz de entregar a la superficie soportante de las ruedas).

Comparando ambos tipos surgen dos diferencias fundamentales: la velocidad, que puede ser en tractores de rueda hasta tres veces superior que los tractores oruga; y el oruga logra mejor flotación, además de tener un coeficiente de tracción mayor en terrenos blandos.

Comparación

Al analizar y comparar bulldozers montados en oruga con los montados en ruedas, se puede decir que las ventajas de los primeros es que tienen: la capacidad de entregar mayores esfuerzos de tracción, especialmente en operaciones con suelo suave, como suelto o lodoso; mayor capacidad de trasladarse sobre superficies barrosas; mayor capacidad de operar en suelos rocosos, donde las llantas de goma pueden resultar dañadas; capacidad de trasladarse sobre superficies duras, que puede reducir el costo de mantenimiento durante el trayecto; mejor flotación por la poca presión bajo la huella y tienen mayor versatilidad. Por otra parte, los bulldozer montados sobre ruedas: tienen mayor velocidad de viaje en el trabajo o de un trabajo a otro; se obtienen mayores rendimientos, especialmente cuando existen viajes considerables; no tienen la necesidad de ser trasladados por otros equipos, como camiones rampa, ya que tienen la capacidad de viajar en carreteras pavimentadas sin dañar el camino; y, consiguen que sus operadores sufran menos fatiga.

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3.3.2. Excavadoras

Se entiende genéricamente por excavadora a aquella máquina que excava de alguna forma determinada y el producto de la excavación lo coloca en acopio o directamente al medio de transporte. Dentro de esta categoría se incluye: pala mecánica o hidráulica, retroexcavadora mecánica o hidráulica, draga y clamshell. En movimiento de rocas, la única más adecuada para el trabajo es la pala.

Su función principal es excavar bajo o sobre la superficie de terreno donde ésta descansa; la diferencia principal entre los equipos cargadores con las excavadoras es la fuerza de penetración y excavación, además que ejerce mayor presión con los dientes.

Sus partes principales corresponden a la pluma y al brazo. La pluma es la primera sección del brazo articulado, que está engarzado al cuerpo principal de la máquina y el brazo es la segunda sección, que está engarzado y articulado a la pluma y al cucharón.

Existe una variedad extensa de trabajos para los que son ocupadas estas máquinas, como: carga de acopios, alimentación de tolvas, transporte de diversos materiales a distancias cortas, vertido en depósitos, extendido de suelos en restauración (esto por tener baja presión sobre terreno cuando se emplean tres cadenas).

Una de las condiciones por las que se precisan este tipo de maquinarias es por la condición de trabajo a la que están siendo sometidos, como es en los casos en que se requiera hacer levantamientos altos, como subterráneos o trincheras a nivel de suelo natural; para este tipo de trabajo se usan palas con largo alcance. En los casos donde se vaya a excavar roca explotada, se usan palas con grandes cazos, para que el manejo del material sea más fácil y a su vez, ejerza mayor presión de excavación.

El funcionamiento de este tipo de maquinarias depende en gran medida de las condiciones de manejo que éstas tengan, influyendo directamente en la producción. Condiciones que están dadas por su correcto mantenimiento, como el engrase frecuente y lubricación de la pala; chequeo de las partes de la pala sujetas a mayor esfuerzo y reemplazo de las partes gastadas de la pala mientras no esté operando, como en el final de un levantamiento; reemplazo de cables en mal estado entre izajes; reemplazo de los dientes del cazo; darle entre trabajos una mejor revisión o puesta a punto; mantener en faena aquellas partes que están sujetas a grandes esfuerzos; proveer camiones del tamaño adecuado para eliminar tiempos perdidos en carga y espera de camiones, entre otros.

Las palas de ruedas usan servo transmisión para su desplazamiento; se puede elegir entre cambio manual o automático y permite un giro máximo del conjunto de ruedas delanteras-brazo-cazo de 35º a 45º. En cambio, las palas de cadena usan impulsión hidrostática o hidráulica, tienen control independiente de cada cadena, graduación continua del cambio de marchas, rápida aceleración y posibilidad de contrarrotación.

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Palas Mecánicas


Este tipo de maquinaria se usa para excavar toda clase de suelos (excepto rocas sin previo aflojamiento) y cargar en camiones, vagones o correas y prima la movilidad a la fuerza de arranque.

Los tamaños de la pala dependen de la dimensión del cazo, que está dada en yardas cúbicas o metros cúbicos y se mide por la cantidad de tierra o capacidad de éste. En obras civiles, las más empleadas son los de capacidad de cucharas de 3/8, 1/2, 3/4, 1, 1¼, 1½, 2 y 2 ½ yardas cúbicas.

Las palas mecánicas se componen básicamente de: una montura, cabina, pluma, viga del cazo y cazo. También, al igual que gran parte de la maquinaria móvil que se usa, esta puede ser de tipo rueda o de cadena, pero en roca es más aconsejable la de cadena u oruga. Su operación se desarrolla de la siguiente forma: se baja el cazo al piso del banco con los dientes apuntando a la cara, se aplica fuerza a través del eje cargador y al mismo tiempo una fuerza se aplica a la línea de elevación para subir el cazo.


Los aspectos principales que se deben considerar a la hora de elegir una pala mecánica es el tipo de trabajo que va a realizar y de qué manera; es por esto que se debe tener en cuenta la dimensión de la pluma y viga del cazo, la altura máxima de corte, radio de excavación, radio de vertido y altura de vertido. Estos aspectos deben ser congruentes con los trabajos que se estén realizando.

Respecto al ciclo hidráulico del cucharón o cazo, se puede dividir en tres: ascenso o tiempo para plegar en el suelo el cazo desde la posición horizontal; descenso o tiempo para bajar el cazo desde la altura máxima hasta una posición horizontal en el suelo y la descarga o tiempo para mover el cazo desde la situación de plegado máxima en el suelo a la de máximo levantamiento y descarga total.

Luego, se debe estimar la producción de esta maquinaria, y tomando esto en cuenta, se deben considerar los diferentes aspectos que influyen en la producción de la maquinaria, como: clase de material, profundidad de corte, ángulo de giro, condición de trabajo, condición de manejo o administración, tamaño de las unidades de transporte de material, habilidad o experiencia del operario y las condiciones físicas y/o mecánicas de la maquinaria.

En el caso de estudiar la producción según el efecto de la profundidad de corte, ésta se ve afectada si la profundidad de la capa es superficial, lo que trae como consecuencia hacer difícil o imposible la tarea de llenar el cazo de una pasada. Es por este motivo que el operador debe pasar reiteradas veces – aumentando el tiempo de ciclo-, además de transportar material con un llenado parcial del cazo, trayendo como consecuencia una reducción de la producción. En los casos donde la profundidad es mayor al mínimo requerido, el operador puede:

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− Aumentar el tiempo de ciclo mediante la reducción de la profundidad de penetración, logrando con esto el llenado del cazo con solo una pasada

− Empezar a cavar sobre la base de la cara del banco y luego cavar las porciones más bajas, consiguiendo con esto un aumento de la producción

− Pasar el cazo por toda la altura de la cara y dejar que el exceso caiga, para recogerlo en pasadas posteriores

Cuando se estudia el efecto del ángulo de giro en la producción se puede hacer notar varios

puntos influyentes, como el ángulo de giro horizontal entre la posición del cazo cuando está excavando y la posición de descarga. El ciclo incluye excavación, giro al depósito y vuelta a la posición de excavación. Con esto se puede concluir que a menor ángulo, menor es el tiempo de ciclo y con esto, mayor es la producción.

Las condiciones ideales de trabajo para las palas mecánicas es básicamente la misma que para los otros tipos de maquinaria; estas son: terreno de trabajo largo, cielo abierto, terreno de trabajo firme y bien drenado, nivel uniforme de terreno natural, camino de recorrido no afecto a condiciones climáticas, entre otros. Al igual que otras maquinarias, estas condiciones varían según el factor de modificación de ciclos, que están sujetos a las condiciones de trabajo y manejo.

En el caso de que la obra sea de gran envergadura, se puede justificar el uso de una pala de mayores proporciones que las normales, siendo este el motivo principal del aumento de los costos, ya sea por mantención de la pala o por el aumento de los costos de transporte; además, se debe considerar una depreciación más acelerada en el caso de estas palas. Sin embargo, el costo total del recurso humano es menor, al necesitar menor cantidad de operarios. Finalmente, si se requiere un alto rendimiento horario, se prefiere este tipo de palas, pero se debe tener en consideración la forma y los ciclos en que éstas operarán, para no tener muchos tiempos muertos.

Se debe considerar dentro de los aspectos en la elección de este tipo de maquinarias el volumen de acarreo, ya que de este depende la elección de una pala pequeña o una grande, siendo la relación: a menor volumen transportable, menor es la pala que se prefiere y viceversa.

Por otra parte, los costos de perforación, voladura y excavación de rocas suelen ser más bajos cuando se usan palas grandes, comparado con los mismos costos combinados con el costo de una pala normal.

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Figura 3.3. Pala Mecánica

Retroexcavadoras

Se usan para trabajos que necesitan precisión de profundidad de excavación y trabajan mejor con materiales de ángulo de reposo elevado; además, por su rigidez, su operación es superior a las dragalinas en cuanto a trabajos de corto alcance y depósito en camiones. En trabajos de cantera con roca competente, la retroexcavadora trabaja cargando el todo uno. Una retroexcavadora que realice la carga de todo uno en frentes de cantera, debe ser capaz de alcanzar con el brazo la cabeza del banco para realizar el saneamiento de taludes.

Las retroexcavadoras con motor diesel tienen ventajas considerables frente a las eléctricas, debido a la eliminación de bulldozer de apoyo para limpieza, supresión de líneas eléctricas de alimentación y flexibilidad de desplazamiento. Sin embargo, en grandes minas, pese a la desventaja de tener poca movilidad y necesidad de un tendido eléctrico, se usan retroexcavadoras hidráulicas con energía eléctrica, por la ausencia de contaminación por humo, eliminación de reportaje, además de tener el arranque más suave.

Su producción depende de, entre otras cosas, la profundidad de excavación. Si la profundidad es baja, la producción se acerca a la de las palas; si la profundidad aumenta, la producción disminuye. También depende de la distancia entre la máquina y lugar de excavación, siendo la producción inversamente proporcional a la distancia, es decir, mientras más cerca se encuentre el lugar de excavación de la máquina, mejor será la producción de ésta.

Si el terreno donde se trabajará es rocoso y firme, es necesario el uso de zapatas lo más estrechas posible. Por el contrario, cuando el terreno es liso y blando, se necesitan zapatas más anchas. En cuanto al número de garras o nervios que debe tener la zapata, lo estándar es el uso

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de 3 nervios, el cual también sirve para terrenos cuya superficie sea lisa y blanda; para terrenos con tracción difícil, como zonas embarradas o de montaña, se prefiere una o dos garras en las zapatas.

Retroexcavadora sobre ruedas

Este tipo de excavadora es ventajosa debido a su largo alcance y gran profundidad de excavación, elevada fuerza de penetración y gran capacidad de levantamiento en altura, además de tener la posibilidad de desplazamiento del tren de ruedas. Estas máquinas sobre ruedas incluyen estabilizadores, ya que aumentan la estabilidad en levantamiento de cargas.

Además, se les puede incorporar, por ejemplo, un martillo rompedor, un brazo pluma para el manejo de materiales, bivalva, entre otros. Sin embargo, no son muy apropiadas para el empleo en roca.

Retroexcavadora oruga

Las excavadoras oruga se usan en trabajos con desplazamientos cortos y donde el área es reducida con frecuentes cambios de posición. Se emplea principalmente en trabajos de frentes, carga o en arranque y, comparado con las excavadoras sobre ruedas, la presión que ejerce sobre el terreno es superior y su capacidad de levantamiento depende de: el peso de la excavadora, su fuerza hidráulica, la posición del centro de gravedad de la máquina, la carga límite de equilibrio, entre otros.

También se destaca la tracción admisible en la barra de tiro, la cual depende de: peso de la excavadora, el coeficiente de tracción zapata-terreno y el número de garras de la zapata. La zapata es la pieza que le proporciona la tracción a las cadenas y, según su anchura, determina la presión sobre el terreno y la flotabilidad. Esta pieza se selecciona según el terreno en el cual se va a trabajar. La zapata a su vez se compone de unas piezas llamadas garras o nervios (entre una y tres por garra) y mientras más garras tenga la zapata, mayor tracción tendrá y mayor será el daño en el pavimento.

Dragalina y Clamshell

La producción de las dragalinas depende principalmente de:

− La clase de material − Profundidad de corte − Ángulo de giro − Tamaño y tipo de cubeta − Longitud de la pluma − Condiciones de administración − Condiciones de trabajo − Método de disposición, reparto y carga de camiones − Tamaño de las unidades de transporte (si se aplica) − Habilidad del operador − Condiciones físicas y mecánicas de la máquina

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La producción de clamshells depende principalmente de: la dificultad de la carga, el tamaño de la carga, altura de levantamiento de ésta, ángulo de giro, método para depositar la carga y la experiencia del operador. Dependiendo del trabajo que se requiera hacer, es la elección del tipo de cazo que se usará. Esta clasificación consta en tres tipos de cubetas:

− Excavaciones. Es necesario usar un cazo pesado y provisto de dientes

− Trabajos generales. Se usa cazo de peso medio o estándar

− Manejo de material liviano. Se usan cubetas sin dientes y de peso liviano

3.3.3. Cargador frontal

El cargador frontal consiste fundamentalmente en un tractor montado sobre neumáticos equipado con un cucharón en la parte delantera. Para su empleo en la carga de roca, normalmente sus neumáticos se protegen con cadenas.

Figura 3.4. Cargador Frontal

3.3.4. Ripiadores


También conocidos como desgarradores, son implementos que se acoplan en la parte posterior del bulldozer, opera mediante penetración en el terreno y arranca el material aplicando la fuerza de tracción del tractor.

Existen varios tipos de desgarradores, como los de mecanismo en paralelogramo ajustables, donde el vástago es accionado por cilindros hidráulicos; los superiores regulan la inclinación

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del vástago mientras que los inferiores regulan la altura. La altura de la punta se puede graduar mediante pasadas o agujeros. Existe también el mecanismo en paralelógramo fijo, el cual fija el ángulo de la punta a cualquier profundidad de desgarramiento. Los desgarradores radiales fijos tienen vástagos múltiples y viga portadora ancha; el ángulo de la punta del desgarrador cambia al tiempo que el vástago sube o baja, accionado por un cilindro único.

Los desgarradores son usados cuando es más económico que taladrar, explotar y cargar. Para el correcto desempeño de estas máquinas es necesario tractores más potentes, mejoras en el tamaño y rendimiento de los ripiadores, mejorar la instrumentación para determinar la ripiabilidad de la roca y lograr mejoras técnicas en el uso de instrumentos y equipos.


Los tipos de ripiadores más usados son los de remolque debido a su buena producción. En cuanto al número de hojas, depende del tamaño del tractor, la penetración deseada, la resistencia del material que se desgarrará y el grado de quiebre que se desea para este material. Para saber qué método, profundidad y grado de quebrado es el más adecuado, satisfactorio y económico, es necesario hacer ensayos en terreno, ya que de otra forma es muy difícil saberlo.

En cuanto a la inclinación y ángulo de ataque de la punta del vástago, ajustándolos adecuadamente se consigue una buena penetración en roca de cualquier dureza y regulando la altura se varía la profundidad del desgarro y, por lo tanto, la producción horaria.

Las cuchillas, pueden ser puestas en el tractor con un conector paralelo o puestas con bisagras o conector tipo radial. En el caso del conector en paralelo la profundidad de penetración es variable y el vástago se mantiene con ángulo constante, lo que reduce el desgaste y estabiliza la producción. En el caso del conector radial, el ángulo del vástago varía según lo haga la profundidad de penetración; esto puede resultar una desventaja en ciertos tipos de roca, pero si se excavan suelos con presencia de rodados, es ventajoso.

Respecto a la elección del tipo de vástago, dependerá del tipo de tractor y del suelo. De esta manera, si se realizarán trabajos con fuerte impacto y gran incidencia en las roturas, se usa una punta corta; si son impactos moderados y existe una abrasión razonable, se usa punta media; la punta larga se usa para materiales sueltos y abrasivos, donde la incidencia de rotura es escasa; en suelos muy compactos es necesario usar una punta de penetración; finalmente, si hubiese una alta frecuencia de impactos, se recomienda usar una punta simétrica.

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Figura 3.5. Ripiador

3.3.5. Máquinas de Perforación


Las máquinas perforadoras pueden clasificarse según el tipo de energía que necesitan para funcionar y a su vez el tipo de perforación que realizan. Así, su funcionamiento es por motor diesel o por aire comprimido y según el tipo de perforación se dividen en hidráulica o neumática. La perforación hidráulica puede ser: rotopercutiva, con martillo en cabeza o en fondo, rotativa o con boca de triconos o trépanos. En tanto la perforación neumática es siempre rotopercutiva.

Estas máquinas se componen principalmente de:

− Un carro perforador u otro vehículo de soporte − Una columna de perforación con los siguientes mecanismos − Perforadora, para transmitir la energía de varillaje − Útiles o utillaje, que corresponden a las barras y boca − Mecanismo de montaje y desmontaje automático de barras − Deslizadera − Compresor incorporado de pistones o tornillos, para el aire de barrido y accionamiento de

la percusión, salvo las neumáticas donde el compresor es externo − Sistema de depuración del aire de barrido − Mecanismos de nivelación del carro − Brazo articulado o fijo y sistema de tracción

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Los diámetros más comunes en canteras están entre los 101 y 127 milímetros; por otra parte, los diámetros que están sobre los 89 milímetros permiten la mecanización de la carga, usando emulsiones o anfo.

El diámetro puede verse limitado por uno o varios aspectos que es preciso destacar, como:

− El grado de fragmentación necesario, que empeora a mayor diámetro. Esto puede ser compensado mediante el aumento de tamaño en la trituración primaria.

− La carga de barreno y operante, que crece proporcional al aumento del diámetro Respecto a la inclinación que pueda alcanzar el barreno, esta puede ser la mayor posible,

mientras no esté limitado por la desviación de la barrena o por la dificultad en la carga de los barrenos a partir de cierta inclinación.

Cuando se usan estos equipos para varios trabajos distantes entre ellos, se hace necesario el traslado de la maquinaria sobre ruedas, ya sea en camión o en el chasis de una excavadora.

Martillos en cabeza

En este tipo de perforador pueden encontrarse diámetros pequeños a medios y pueden trabajar sobre cualquier resistencia de roca. Su mecanismo corresponde a una mezcla de tipos de perforación, ya que su percusión es neumática y su rotación es hidráulica. Ambas acciones se realizan fuera del barreno y se transmiten por varillaje de la boca; en cuanto al empuje, es realizado por un mecanismo hidráulico.

La elevada presión de impacto que ejerce este equipo, permite transmitir una adecuada potencia a las barras, incluso cuando se perforan diámetros pequeños. La perforación rotopercutiva en cabeza se usa, por lo general, en pequeñas canteras, en especial cuando los diámetros de perforación son menores a los 15 centímetros.

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Figura 3.6. Wagon Drill – Perforadora Tipo Martillo en Cabeza

Martillos en fondo

Equipos usados para diámetros medios a grandes y para rocas de cualquier tipo de dureza. Su mecanismo es de percusión neumática por pistón ubicado sobre la boca, usan presión de aire comprimido y su ángulo de perforación puede llegar hasta 30º lateral y 40º frontal.

Perforación rotativa

Su funcionamiento se basa en empuje, que es realizado por un piñón-cremallera o por un cilindro hidráulico, y por rotación, mediante un motor eléctrico o hidráulico; usa corte mixto de trituración y cizalladura, producida por desgarro al girar la boca (de dientes o de insertos) al fondo del barreno. Tiene un mástil y cambiador de barras similar a una perforadora

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rotopercutora, un compresor incorporado para aire de barrido y un sistema de captación de polvo. Tiene la ventaja de poder aplicarse a cualquier tipo de roca, además de tener un amplio rango de diámetros y su elevada productividad y bajo costo de producción.

Estos equipos se caracterizan por ser de boca tricono o trépano. La primera se usa para diámetros medios a grandes y para rocas de cualquier resistencia. Trabaja por trituración y cizalladura y es más usado cuando se hace perforación rotativa y en barrenos largos (entre 10 y 20 metros). Los segundos se usan en rocas blandas-medias y en diámetros pequeños a medios. La longitud de perforación que alcanzan es entre los 7 y los 15 metros. Cuando se usa trépanos con insertos se debe cuidar que la roca que se desea perforar tenga un contenido de sílice libre menor al 8%.

A su vez las brocas pueden ser de dientes o de insertos. La ventaja de los insertos son muchas, como la menor necesidad de empuje en igualdad de penetración, el tiempo de cambio de boca es menor y se obtienen barrenos más limpios. En cambio, las ventajas de bocas de dientes es su menor costo de operación.

Figura 3.7. Perforadora Rotativa

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La elección del tipo de maquinarias depende de varios aspectos, como:

− Naturaleza del terreno − Profundidad requerida de la perforación − Medida en que la roca está quebrada o fracturada − Tamaño del proyecto − Necesidad del producto obtenido − Propósito de las perforaciones Respecto al diámetro y ángulo de la perforación se puede mencionar ciertas condiciones que

afectan la producción, como que al aumentar el diámetro de la perforación, la producción crece y los metros lineales por turno se reducen, lo que trae como consecuencia una disminución de los costos de perforación por tonelada. Ahora bien, si a eso se le agrega un aumento en la resistencia de la roca, la producción tiende a disminuir.

Perforación neumática

La perforación neumática se emplea prácticamente para roca de cualquier tipo de resistencia y se usan diámetros pequeños a medios. Sus principales ventajas son su gran ligereza y movilidad del carro, simplicidad de funcionamiento y reparación y bajo costo de adquisición. Sin embargo, sufren un gran desgaste y tienen un elevado costo de utillaje, por lo general no incorporan circuito de depuración de aire de barrido y necesita de un compresor móvil o red de aire comprimido. Los martillos neumáticos usados para desplazamiento, percusión, rotación y barrido, consumen más aire que los hidráulicos, que se usan para percusión y barrido.

Perforación hidráulica

Es el sistema más empleado en canteras, debido a sus valiosas ventajas, como su aplicabilidad a todo tipo de roca, los equipos tienen gran movilidad, sólo es necesaria la presencia de un operario para su funcionamiento, tiene facilidad de automatización de las operaciones y su precio de adquisición es moderado y su mantenimiento sencillo.

Estas máquinas se usan en tren de oruga y en ocasiones, se ayuda con cabrestante-cable incorporado cuando se trabaja en superficies con fuertes pendientes, estabilidad difícil y poca tracción.

El martillo en fondo es el más empleado en trabajos realizados en canteras, ya que tiene grandes ventajas, como rectitud y limpieza de barrenos, varillaje más económico, menor desgaste de bocas, entre otros; la perforación rotativa se usa en grandes canteras y minas a cielo abierto.

Si se comparan el martillo en cabeza con los martillos de fondo y neumáticos, en igualdad de condiciones, es decir, igualdad de diámetro de barras, potencia, perforación y en particular, en secciones menores, los martillos en cabeza resultan superiores a los de fondo y neumáticos.

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Continuando con esta comparación, los martillos de cabeza son superiores ya que presentan mejor productividad y penetración hasta un 40% más; otorga además un ahorro en combustible del 50%, presenta un menor costo de energía, contamina menos, mayor vida útil y mayor versatilidad. Sin embargo, los martillos de cabeza comparados con los de fondo presentan desventajas en cuanto a la obtención de barrenos limpios y rectos en diámetros superiores a los 13 centímetros, además de presentar un mayor costo de barras y de ser más ruidosos, lo que puede ser desfavorable si se usa en ambientes en los cuales el ruido pueda resultar un problema a la comunidad colindante.

Para los procesos de perforación en roca de cualquier dureza en canteras pequeñas, cuando los diámetros son menores a los 15 centímetros es casi obligatorio el uso de martillos de cabeza; para diámetros superiores, se usa el martillo de fondo.

Al comparar los martillos de fondo sobre los martillos de cabeza se encuentran ventajas significativas, que pueden ser determinantes a la hora de la elección de un equipo de perforación. Estas ventajas tienen que ver con aspectos técnicos y económicos, como: la gran rectitud y limpieza de los barrenos entregados por los martillos de fondo, lo que permite su empleo en contornos precisos; mayor cantidad de aire de barrido que en el martillo de cabeza, lo que es de gran importancia en barrenos con dificultades de limpieza del detritus, ya sea por agua o roca descompuesta; varillaje más económico, al ser sólo transmisor de la rotación y no de los impactos; velocidad de penetración constante, ya que no hay pérdida de eficiencia por disipación de energía en el varillaje al aumentar la profundidad; menor desgaste de bocas y bajo nivel de ruido.

3.3.6. Dúmperes, Camiones y Vagones

Los dúmperes, también conocidos como camión de obras y minería o volquetes, son vehículos de transporte extra vial o fuera de carretera, o sea, para transportar material dentro de la misma obra. Generalmente consiste en dos ejes, motor diesel con o sin turbo alimentación, dirección hidráulica, tracción eléctrica o mecánica, entre otros.

El tamaño del dúmper se define principalmente por la capacidad de carga en toneladas métricas o toneladas cortas, que son aproximadamente 0,91 de una tonelada. También se debe conocer la medida de la capacidad de caja, que puede ser: capacidad al ras o capacidad colmada, con un talud aproximado de 2:1.

Los camiones y vagones son unidades de transporte de tierra manipulada, roca, mineral de hierro, carbón y otros materiales. Se pueden usar en todo tipo de caminos, es decir, no está limitado a trabajar fuera de vías públicas. Se clasifican según: tamaño y tipo de motor, como diesel, butano, propano; número de marchas; tipo de manejo, ya sea de cuatro, seis o más ruedas; ejes y arreglo de las ruedas de manejo; método de descarga; tipo de material transportado; capacidad, ya sea por peso o por volumen; y método de mecanismo para descarga trasera, que puede ser de cable o hidráulica. En el caso de los vagones, la capacidad puede medirse de tres formas diferentes: según la carga en peso que transportará; el volumen acuñado y el volumen apilado. Esta clasificación no es exclusiva de los vagones. Estos equipos raramente se emplean en el movimiento de rocas.

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Los dúmperes se usan principalmente en obras de gran envergadura, donde se hace necesario un transporte de material en masa y rápido. Pese a esto, el transporte se ve limitado a la carga máxima que el camión volquete puede llevar, y esta carga no puede ser sobrepasada debido a que habría una considerable disminución de la velocidad además de no ser seguro al momento de circular por la obra; asimismo, al sobrepasar la carga aumenta el consumo de combustible y aumenta el número de reparaciones que se deben realizar a la máquina.

Los camiones y vagones pueden ser operados bajo cualquier tipo de pendiente, siempre y cuando el piso sea firme y suave; tienen una alta capacidad de transporte y puede alcanzar velocidades altas cuando transita sobre caminos que lo permitan.


Los dúmperes cuando son articulados, con dos o tres ejes, son adecuados cuando el espacio es reducido o los radios de circulación son pequeños. Por otra parte, la elección del sistema de tracción se basa principalmente según la carga que llevará. Así, cuando la carga esté por bajo las 110 toneladas se usa tracción mecánica; caso contrario, el accionamiento es eléctrico.

Cuando se elige tracción mecánica es porque presenta menor costo de mantenimiento, mejor rendimiento mecánico y mayor velocidad en llano, mayor aceleración y mejor adaptabilidad a las variaciones de perfil en el recorrido.

Ahora bien, las ventajas del sistema eléctrico es que proporcionan mayor vida útil de ciertas partes, como los frenos, debido a los mecanismos de retardo eléctrico; existe un 20% de economía en combustible, menos ruidos y emisiones, menores costos de mantenimiento y mayor vida útil del motor; y ahorro en lubricante, llegando cerca del 40% de ahorro comparado con el mecánico. Finalmente, en motores de tracción eléctrica, es posible comparar el uso de este sistema con corriente alterna o corriente continua, siendo la primera superior a la segunda, ya que: presenta mayor velocidad de arrastre; al no haber escobillas, son posibles intervalos de 25 mil horas entre revisiones de los motores de rueda; la energía es enviada a los motores de la rueda desde la barra de condensadores según las necesidades de éstos, y el rotor del motor está contenido dentro de una jaula muy resistente.

Los camiones y vagones pueden usarse para el transporte de todo tipo de material, excepto roca de gran tamaño (sobre 40 cm). La forma del cuerpo de este tipo de maquinarias, como la existencia de ángulos, esquinas y contornos de la parte trasera afecta el depósito. Por ejemplo, para un óptimo transporte y depósito de arcillas, se recomienda un cuerpo carente de esquinas.

La producción de los camiones puede verse afectada tanto por el tamaño de la carga, lo cual lo especifica el mismo fabricante de la máquina, o por el número de viajes, ya que depende del número de viajes por hora que realiza el camión y el peso del vehículo, los caballos de fuerza que tenga el motor, la distancia de trayecto y la condición del camino.

Los vagones de depósito de fondo se usan principalmente en diques, presas, carreteras y aeropuertos. El tipo de material que se transporta es granular, tipo arena o grava, tierra relativamente seca, carbón, roca quebrada, etc. Este tipo de vagón reduce el tiempo de descarga y es ideal para realizar descargas por capas debido a su mecanismo de puertas de

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descarga. Sin embargo, es este mismo mecanismo el que limita el transporte de arcillas húmedas, por posibles problemas a la hora de descargar.

Cuando se favorece el uso de camiones pequeños por sobre los grandes o de mayor capacidad, es por que los pequeños ofrecen una mayor flexibilidad de maniobra, lo cual trae una gran ventaja en trayectos cortos. Incluyen más velocidades y tienen menores pérdidas cuando se rompe la cuadrilla. Además, es más fácil manejar los tiempos y el número de camiones con la producción de la excavadora, logrando con esto mejorar los ciclos. Ahora bien, presenta dificultades ya que no es fácil cargar máquinas pequeñas como estas y se necesita mayor cantidad de conductores, aumentando con esto el costo final. También al tener mayor cantidad de camiones funcionando aumenta proporcionalmente la probabilidad de accidentes, el costo de mantenimiento y el tiempo de espera de la excavadora.

Cuando se favorece el uso de camiones de gran envergadura por sobre camiones pequeños, trae ventajas como la menor necesidad de máquinas, ergo, menor cantidad de conductores. La sincronización de los equipos resulta más fácil y se reduce el tiempo de espera de la excavadora. También, el combustible y la mantención resultan más económicos. Pese a esto, las desventajas son notables si se considera un mayor costo del camión y, al tener mayor carga, un mayor daño por los caminos donde transita el vehículo. También se hace difícil igualar el número de camiones con la producción de la excavadora y la reparación de las partes dañadas puede resultar igual de engorrosa. Finalmente, el uso de este tipo de camiones puede verse limitado por la reglamentación vial, acerca de permitir camiones de gran envergadura dentro de caminos.

Figura 3.8. Dúmper cargado por Cargador Frontal

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3.3.7. Correas Transportadoras


Una correa transportadora es un sistema de transporte continuo formado básicamente por: una cinta continua, rodillos, unidad de manejo, poleas conductoras y de cola, equipamiento para subir y una estructura soportante. Pueden usarse varias correas continuas para aumentar el largo del trayecto que se requiera transportar.

Las poleas son una parte fundamental dentro de las correas transportadoras, ya que son las que le dan el soporte a la correa y se diseñan para dar la fuerza necesaria a la correa. Existen también las poleas formadoras, que mantienen centrada la correa sobre las poleas, ayudando a un correcto funcionamiento y menos reparaciones dentro de su vida útil.

El funcionamiento de las correas transportadoras consiste en el movimiento de la cinta entre dos tambores. La cinta es arrastrada por uno de los tambores, que a su vez es accionado por un motor. El otro tambor suele girar libre, sin ningún tipo de accionamiento, y su función es servir de retorno a la cinta. La correa es soportada por rodillos entre los dos tambores.

Debido al movimiento de la cinta, el material depositado sobre ésta es transportado hacia el tambor de accionamiento donde gira y da la vuelta en sentido contrario. En esta zona el material depositado sobre la correa es vertido fuera de la misma debido a la acción de la gravedad.

En caso de fallo de correas inclinadas, se instalan retenedores, represores o holdback para evitar que la carga y la correa se devuelvan, Estos instrumentos tienen un funcionamiento en la dirección contraria al movimiento de la correa. También, existen otros dispositivos que ayudan a un mejor funcionamiento de las correas, como lo son los disparadores o trippers, que se usan para remover el material antes que llegue al final de la correa.


Se usan para el transporte de todo tipo de material, como tierra, arena, grava, piedra triturada, minerales de la mina, cemento, etc. Gracias a su buena velocidad de transporte y continuo flujo de material es especialmente buena para el transporte de grandes volúmenes, es decir, tiene alta capacidad de carga.

Para distancias cortas puede usarse una cinta transportable o armable y usarse de acuerdo a los requerimientos de la obra. Cuando la distancia es considerable, es posible usar varias correas, donde cada una de éstas en su extremo final debe tener un contenedor que carga la unidad siguiente.

El poder necesario para mover la correa puede calcularse haciendo la suma de cada ítem que necesita fuerza, es decir, es el total de la suma del poder necesario para:

− Mover la correa sin carga sobre las poleas − Mover la carga horizontalmente − Levantar o bajar la carga verticalmente

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− Rodar las poleas − Compensar pérdidas en el trayecto − Operar disparadores (si se usasen)

3.3.8. Compresores de Aire


Un compresor es una máquina de fluido que está hecha para aumentar la presión y desplazar fluidos compresibles, como gases o vapores. Esto se hace mediante un intercambio de energía entre la máquina y el fluido, convirtiéndolo en energía de flujo necesaria para el funcionamiento.

Existen varios tipos de compresores, como son: los compresores estacionarios, compresores portátiles, compresores oscilatorios, compresores rotativos y compresores de tornillo rotativo. Este último es uno de los más importantes, ergo, es de los más usados. Esto se debe a su funcionamiento, que consiste en el trabajo de dos rotores de hélice; el rotor macho tiene 4 lóbulos y rotan 50% más rápido que el rotor hembra, que es con el que engancha el macho. Este tipo de compresor está disponible en uniestacionarios o multiestacionarios, y con rotores que operan lubricados con o sin aceite.

En general, los compresores poseen enfriadores internos que requieren agua fría en circulación para su correcto funcionamiento, que ayudan a reducir la temperatura del aire y la humedad. También se instalan enfriadores de salida, que se instalan en la descarga de este tipo de maquinaria.

Se usan principalmente para proporcionar aire a los equipos para taladrar roca u otra formación dura, soltar tierra, en operaciones de motores de aire, operaciones de herramientas manuales, operación de conductor de pilas, operaciones de bombas y equipos de limpieza. Este tipo de maquinaria puede funcionar con vapor, motor eléctrico o motor de combustión interna; también pueden ser portátiles los que funcionan con motor diesel. Los compresores oscilatorios dependen de un pistón que se mueve en un cilindro de atrás y adelante; puede tener uno o varios cilindros los cuales son el mecanismo principal para la compresión de aire. En cambio, los compresores rotatorios al ser más compactos, livianos, entregar un flujo uniforme y tener mayor vida útil, se usan en faenas donde no es necesaria una operación muy supervisada.

Sin embargo, este tipo de maquinaria presenta un problema que es la pérdida por fricción en tuberías, en las uniones de éstas y en mangueras. Por esto se recomiendan tamaños de tubería para transmitir el aire comprimido, pero ninguna de estas recomendaciones es exacta, sino que son aproximaciones que se deben ajustar en la práctica.


Se debe considerar para la utilización de compresores de aire, el uso y las maquinarias que trabajarán en conjunto, el lugar de manejo y facilidad de acceso a la faena.

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Particularmente, los compresores estacionarios son ideales cuando se requieren por un largo período de tiempo; los compresores rotatorios son usados cuando las operaciones son poco supervisadas, además de entregar una producción variable de acuerdo al tipo de trabajo que realicen.

Las ventajas de los compresores de tornillo rotatorio es que operan de forma silenciosa bajo el rango legal de límite de ruido permitido, con poco o nada de pérdida de producción. Del mismo modo, tiene ventajas en cuanto a tener pocas partes móviles y éstas son de mínimo cuidado mecánico y de poco mantenimiento. Además, gracias a su control automático sobre la presión de salida, regula la velocidad de manejo de la unidad y se limita la producción a la deseada.

Figura 3.9. Compresor de Aire Pequeño

3.4. EXPLOSIVOS. DIFERENTES TIPOS. CONDICIONES DE EMPLEO DE CADA UNO DE ELLOS

Se hace notar que se describirán los principales productos, fundamentalmente en cuanto al material y forma empleados en su fabricación, ya que existe una amplísima variedad en el mercado y cada fabricante le ha dado un nombre específico.

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3.4.1. Dinamita

Es un alto explosivo, es decir, un explosivo de alta velocidad de detonación, constituido principalmente de nitroglicerina; su fuerza aproximada se especifica según el porcentaje en peso de nitroglicerina con el peso total del cartucho.

Está disponible en varios grados y tamaños. Según el tamaño, el diámetro varía entre 1 a 8 pulgadas; en cuanto al largo, varía entre los 8 a las 24 pulgadas.

La dinamita se usa para cargar hornillos (perforación en la roca que permite la colocación de explosivo en éste llamado también barreno), especialmente de tamaño pequeño; una vez puestas, son apisonadas rigurosamente con aserrín para expandir el cartucho y llenar completamente el hoyo, siendo un método para esto dividir el cartucho u obtener cartuchos con armadura perforada.

Una carga de dinamita puede ser disparada por cápsulas explosivas o por fusibles primacord, es decir, fusibles detonadores de alto explosivo o cordón con núcleo PENT (abreviación para contenido químico de alto explosivo con un rango muy alto de detonación), el cual está contenido dentro de una cubierta a prueba de agua de resistencia considerable. El primacord se usa para detonar altos explosivos y cápsulas eléctricas.

Si se usan cápsulas, se pone en un barreno hecho en el cartucho que sirve de primer (porción de carga consistente en un explosivo de cápsula sensible cargado con un dispositivo de ignición que inicia la explosión). Las cápsulas eléctricas tienen dos cables piernas integrados, cuyos largos varían entre los 2 a los 100 pies. Estos cables conductores de electricidad desde los cables principales a la cápsula eléctrica, están conectados con los cables de los otros hoyos, para así formar un circuito eléctrico cerrado para propósitos de disparos.

La dinamita es apropiada para carga de fondo en rocas medias, duras y muy duras además de presentar muy buena resistencia al agua y al envejecimiento.

3.4.2. Explosivos de nitrato de amonio

Más conocido como ANFO; es una mezcla de nitrato de amonio con combustible líquido. Se usa tanto para construcciones superficiales como para subterráneas en rocas blandas y medias.

La mezcla más usada se hace con un galón de gasolina con 100 libras de nitrato de amonio. La mezcla debe reposar por al menos 24 horas, esto para que la gasolina sature por completo el nitrato de amonio.

Por ser una mezcla fluida puede cargarse directamente en hoyos verticales y en hoyos horizontales se usan contenedores apropiados, mangueras o con aire comprimido (aproximadamente 10 psi). Sin embargo este explosivo no es a prueba de agua, por lo que si se usa en ambientes húmedos, debe ser envasado en bolsas plásticas o el hoyo debe ser recubierto con tubos plásticos cerrados en el fondo. Estos tubos deben tener un diámetro ligeramente mayor que los hoyos y se instalan con roca o con otro peso en el fondo de éste.

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Si los barrenos están húmedos a cierta profundidad hacia abajo y seco hacia arriba, en la parte húmeda se usa una mezcla a prueba de agua lograda mediante la disolución de nitro algodón en nitroglicerina llamada gel de dinamita; también se usa ANFO en bolsas plásticas o hidrogel, que es un explosivo producido por la mezcla de nitrato de amonio con TNT (alto explosivo que contiene nitroglicerina) o metales como aluminio y agua, tiene textura gelatinosa (conocido como Alnafo). En las porciones secas se carga a granel con nitrato de amonio.

Para su detonación es necesario primers especiales; estos, consisten en cargas de dinamita colocadas en el fondo de los hoyos y, algunas veces, profundidades intermedias. Se detonan con primacord o con cápsulas explosivas eléctricas (pequeños tubos de metal cargados con explosivo sensible; explotan por calor producido por el flujo eléctrico a través de un cable puente en la cápsula).

Su costo es cerca de un quinto del precio de la dinamita y a su vez, es más seguro. Experimentalmente, con igual condición en hornillos y largo explotado, el nitrato de amonio entrega mejor fragmentación y más avance por ronda que la dinamita.

3.4.3. Hidrogel

Explosivo plástico resistente al agua. Es una mezcla de varios materiales como: gel inerte, nitrato de amonio y partículas de aluminio con agua, para dar la consistencia adecuada.

La carga se hace directamente en los hornillos o en bolsas plásticas. Al ser su densidad mayor a la del agua, se hunde hasta el fondo en hoyos con presencia de ésta, y al tener todas las propiedades de un fluido, asegura el llenado completo de los barrenos, lo que mejora el efecto de fragmentación.

Existen varios tipos de hidrogel, entre ellos el Riogel 2 (consistencia plástica, se suministra encartuchado); Riogur R, se usa en voladuras de contorno por su velocidad de detonación y potencia; Riogur F, adecuado para hornillos verticales.

3.4.4. Emulsiones

Poseen las mismas propiedades de los hidrogeles pero con potencia aumentada. Corresponde a la mezcla de dos líquidos no mezclables entre sí. Uno corresponde a una solución de nitratos en agua y el otro formado por aceites y ceras combustibles.

3.4.5. ANFO pesado

Mezcla de emulsión con ANFO. Al ser menor la porción de anfo de la mezcla, ésta aumenta su resistencia al agua y su capacidad para ser vertida. Además al tener alto contenido de emulsión, la mezcla posee una elevada velocidad de detonación.

3.4.6. Malla de perforación

Corresponde a un mecanismo de diseño. Puede ser cuadrada o al tresbolillo (arreglo en triángulos equiláteros). En mallas cuadradas, los barrenos de una fila se sitúan detrás de los

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que la anteceden; en tresbolillo, se sitúan en medio de ellos. Este último esquema se prefiere para mejorar la fragmentación.

Cuando la malla tiene un espaciamiento reducido produce material triturado entre los hornillos de cada fila además de un desplazamiento insuficiente de la voladura por exceso de piedra y alto nivel de vibraciones, por tener el explosivo dificultad para arrancar la roca.

Ahora bien, si la roca es insuficiente, produce cortes irregulares con sobreexcavación por exceso de espaciamiento, o bien, se producen proyecciones frontales.

Es necesario también conocer los diferentes agentes que afectan a los explosivos principales, los cuales se nombran a continuación:

− Retardante − Fusibles de seguridad − Cápsulas explosivas eléctricas − Cápsulas explosivas de desfase − Primacord − Cápsulas explosivas primadet con desfase

Retardante

Consistente en cortes de roca, gravilla u otro material inerte que sea aplicable. Se usa para confinar la energía y aumentar la efectividad de una explosión.

Fusibles de seguridad

Corresponde a un núcleo continuo de pólvora negra contenida dentro de un material adecuado para estos propósitos. Cuando el núcleo sufre ignición, este lleva una llama al explosivo adjunto en el extremo opuesto. La llama viaja a través del fusible uniformemente según un rango predeterminado y el desfase entre el encendido del fusible y la explosión depende de la selección adecuada del largo del fusible.

Cápsulas explosivas eléctricas

Se usan para detonar cargas de dinamita o fusibles primacord. Las cápsulas explotan cuando a través de ellas pasa corriente eléctrica conducida por un cable puente dentro de la misma. La corriente de 1,5 amperes aproximadamente, calienta el puente que detona al explosivo dentro de la cápsula con suficiente violencia como para disparar las cargas de dinamita.

Cápsulas explosivas de desfase

Cuando existen cargas en dos o más filas de hornillos paralelos a la cara y se quieren disparar, se desea que la carga más cercana a la cara sea disparada un momento antes que la segunda y así sucesivamente, logrando que las cargas disparadas en desfase rompan la roca más efectivamente. Estas cápsulas se usan para obtener una secuencia de disparo y los desfases varían desde fracciones de segundo hasta diez o más segundos.

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Primacord

Fusible detonador de alto explosivo o cordón cuyo núcleo PENT está contenido en una cubierta a prueba de agua con resistencia a esfuerzos considerable. Se usa para detonar dinamita, altos explosivos, cápsulas no eléctricas y explosivos de cápsula sensible. El núcleo PENT de este fusible tiene una cubierta protectora a prueba de agua y esfuerzos de tracción. Si se produce una ignición adecuada el núcleo sufre una violenta explosión. Cuando se usa primacord en explosivos, éste es capaz de encender cualquier cápsula explosiva sensible con la que entre en contacto. El cordón se hace en diferentes tipos, grados resistencia a la tracción y resistencia a daños por fuerzas externas.

Cápsulas explosivas Primadet con desfase

Estas cápsulas proveen un tiempo preciso de desfase, tanto en milisegundos como en períodos largos de tiempo, además de entregar la fuerza suficiente para dar ignición a mezclas apropiadas de ANFO cuando se carga en forma neumática a los barrenos por sobre los siete centímetros de diámetro, bajo condiciones normales de densidad, confinamiento y humedad.

El hornillo se carga con primadet, adjuntando la cápsula al extremo más bajo del cordón detonador, cuyo extremo opuesto es atado a la línea principal de detonación. También puede detonarse haciendo fuego en una cápsula explosiva apropiadamente adjunta al extremo final de la línea.

3.4.7. Condiciones de empleo

Para el proceso de instalación de los explosivos, después de determinado el espaciamiento, profundidad, tamaño de cargas, secuencia de tiros y los patrones de disparo, se marca el lugar de los barrenos. Para hacer la fabricación adecuada de los barrenos se pueden usar tubos de plástico nonsparking, es decir, que no generan chispa, o tubos de aluminio del tamaño deseado. Estos son auto insertados en el suelo a la profundidad deseada para luego colocar los explosivos con cápsula detonadora y cables principales dentro de los barrenos; al retirar el tubo, se rellena y se tapa con astillas de madera. Finalmente se testean individualmente las cápsulas explosivas con un galvómetro.

Otro de los aspectos que afectan la producción de los explosivos es el ángulo de los barrenos. Este tipo de barreno incrementa la efectividad de la explosión, además de ofrecer una carga explosiva más uniforme, lo que reduce la necesidad de carga pesada en el fondo; mayor espacio entre hoyos; menos subperforaciones; superficies y fondos de banco más suaves; generalmente, ofrece mayor fragmentación de roca; la onda explosiva al moverse perpendicular al barreno, ataca a la cara más cercana lo que lo hace más efectiva.

Cabe destacar que el uso de explosivos no sólo se limita a las voladuras y al movimiento de rocas, también es usado como método de densificación de suelos llamado vibración explosiva. Este método se usa: en suelos sueltos, saturados y granulares, causando una licuefacción instantánea local y desplazamientos de granos de suelo; en suelos húmedos, haciendo que las partículas de suelo bajen; en suelos secos, moviendo las partículas para conseguir patrones de una nueva densidad más compactos.

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Los resultados máximos se obtienen con suelos completamente secos o completamente saturados y se debe considerar el porcentaje de asentamiento que entrega cada explosión, que bordea el 60% de asentamiento en la primera de ellas, 25% la segunda, 10% la tercera y 5% la cuarta; es por esto que se debe tener en cuenta el espaciamiento, profundidad y tamaño de las cargas explosivas.

Para realizar la compactación con este método, se debe tener en cuenta no dejar cráteres, es decir, el suelo debe contener toda la carga, además de saber que ésta variará según el tipo de suelo, profundidad del estrato, densidad requerida, espacio entre barrenos, presencia de napas, estructuras cercanas, efecto de traslapo entre cargas y el tipo de explosivo usado. Cabe destacar que, según la experiencia en trabajos realizados, la carga explosiva debe posicionarse en el centro de masa del suelo para lograr mejores resultados. Además puede hacerse necesario separar las cargas en los casos que existan capas de suelo cohesivo separando estratos de suelo no cohesivo, con estas condiciones se usan cápsulas explosivas eléctricas con desfase, para así reducir la energía por disparo.

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CAPÍTULO 4

DIVERSOS ASPECTOS INCIDENTES EN EL TRABAJO DE MOVIMIENTOS DE TIERRA Y ROCA

En el presente capítulo se presentan los diferentes aspectos que afectan la estimación de los costos dentro de una evaluación de precios de las partidas de movimientos de tierra y roca.

A través de esta sección se desarrollará de manera general los factores más importantes que se deben considerar al estimar costos unitarios y cómo cada uno de estos factores impactan en dichas estimaciones. Así, se explicará la incidencia de los tipos de suelo y rocas, la incidencia de los plazos, aspectos ambientales, especificaciones, condiciones climáticas, volúmenes de obra, el monto del presupuesto, además de exponer los factores de riesgo que se deben apreciar y, finalmente, el costo de las consideraciones de seguridad propias de la obra.

4.1. INCIDENCIA DE LOS TIPOS DE SUELOS Y ROCAS

El tipo de suelo y roca es el primer aspecto que se debe considerar cuando se desea estimar los costos dentro de un trabajo de movimientos de material, ya que de sus propiedades mecánicas dependerán principalmente los rendimientos de las maquinarias. De esta manera, un estudio del tipo de suelo donde se trabajará puede llegar a ser la herramienta más importante en la estimación de rendimientos en la obra, ya que, si el estudio es acabado, las propiedades del suelo se verán reflejadas de una manera ajustada en los rendimientos de las maquinarias a utilizar.

En lo que se refiere a la incidencia del tipo de suelo en movimientos de tierra, dependiendo de la compacidad y dureza del terreno, el rendimiento de la maquinaria variará, alcanzando altos rendimientos cuando se trabaja con suelos blandos o sueltos, como es el caso de los suelos no cohesivos; los rendimientos bajan paulatinamente a medida que el terreno aumenta en dureza, alcanzando un bajo desempeño cuando se trabaja con suelos como arcillas secas.

En cuanto a la incidencia del tipo de roca que se requiera mover, la dureza es la propiedad que influirá al rendimiento final ya que no solo depende de la maquinaria, sino que también depende de la cantidad de barrenos necesarios para conseguir el tamaño de roca deseado, además de la cantidad de explosivo que requiera dicha cantidad de barrenos.

En ambos casos, tierra y roca, el transporte también se verá afectado por el tipo de material, debido a que la maquinaria de transporte verá afectados sus procesos de descarga por la calidad del material y su cohesividad en el caso de las tierras o los tamaños que transporta en el caso de la roca.

Por lo anterior, es que a continuación se incluyen tablas y datos que permiten estimar, especialmente en el caso de las rocas, rendimientos, consumos de explosivos, tiempos de transporte, etc.

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Tabla 4.1. Esponjamientos Medios de Suelos y Rocas Material Esponjamiento [banco/suelto]

Arena y grava 14 – 16 Limo 16 – 25 Tierra común 20 – 30 Arcilla dura 25 – 40 Roca sana 50 – 75

Fuente: Instituto Geológico y Minero de España, 1987

Características de la roca

Las propiedades geomecánicas del macizo rocoso a volar conforman el grupo de variables más importantes no sólo por su influencia directa en los resultados de las voladuras sino además por su interrelación con otras variables de diseño. Los criterios de selección pueden agruparse según la siguiente clasificación de las rocas:

− Rocas masivas resistentes. En estas formaciones las fracturas y planos de debilidad son muy escasos, por ello se necesita una mayor cantidad de explosivos, especialmente aquellos de alta energía de tensión.

− Rocas muy fisuradas. En estos casos es apropiado emplear fundamentalmente ANFO, ya que las grietas originadas por la tronadura son interrumpidas por las grietas preexistentes.

− Rocas conformadas en bloque. Estos macizos se caracterizan por un espaciamiento grande entre discontinuidades que conforman bloques voluminosos in-situ o se caracterizan por suelos en que existen grandes bloques dentro de matrices finas, generalmente plásticas. También se recomienda el ANFO.

− Rocas porosas. En este tipo de roca se produce una alta amortiguación y absorción de la energía de tensión. Se debe emplear explosivos de baja densidad.

Luego, el consumo de explosivos requerido en banco puede correlacionarse con la resistencia a la compresión según la tabla siguiente:

Tabla 4.2. Consumo de Explosivo CONSUMO DE EXPLOSIVOS

Valor medio [kg/m3]0,150 10 - 30 1,40 - 1,800,225 20 - 45 1,75 - 2,350,320 30 - 65 2,22 - 2,550,450 50 - 90 2,50 - 2,800,600 70 - 120 2,75 - 2,900,780 110 - 160 2,85 - 3,000,990 145 - 205 2,95 - 3,201,235 195 - 250 3,15 - 3,401,525 235 - 300 3,35 - 3,601,855

Resistencia de la roca a compresión simple

[Mpa]

Densidad de la roca [ton/m3]

> 3,550> 285 Fuente: Instituto Geológico y Minero de España, 1987

63

Por otra parte la necesidad de emplear explosivos también se ha relacionado con la velocidad de propagación de ondas sísmicas, para lo cual se señalan estas características establecidas por el Instituto Geológico y Minero de España, 1987. En general, se ha comprobado que si las velocidades de propagación son superiores a 2.500 m/s es necesario emplear explosivos para las excavaciones en roca; si las velocidades son menores a este valor, las excavaciones pueden ser realizadas con maquinaria, sin embargo, los rendimientos serán pobres.

Tabla 4.3. Velocidad de Ondas Sísmicas en Diferentes Tipos de Roca Tipo de Roca Velocidad [m/s]

Ígneas Granitos Granito meteorizado Gabros Diabasas Basaltos

3.000 - 6.000 1.200 - 1.600 6.700 - 7.300 5.800 - 7.100 2.400 - 4.000

Sedimentarias Suelos normales Suelos consolidados Arenas sueltas Mezclas de grava y suelos sueltas Mezclas de grava y suelos consolidadas Arcillas Margas Areniscas Conglomerados Morrena glaciar Pizarras sedimentarias Calizas

250 - 460 460 - 600 250 - 1.200 450 - 1.100 1.200 - 2.100 1.000 - 2.000 1.800 - 3.500 1.400 - 4.500 1.200 - 7.000 1.200 - 2.100 1.200 - 2.100 1.500 - 6.000 5.000 - 6.000

Metamórficas Gneiss Gneiss meteorizado Cuarcitas Pizarras metamórficas

3.000 – 6.000 1.200 – 1.600 5.000 – 6.000 1.800 – 3.000

Otros materiales Sal Yeso Anhidrita Carbón Terrenos congelados Hielo Agua

4.500 – 6.500 3.000 – 4.000 3.000 – 6.000 900 – 1.500 1.200 – 2.100 3.000 – 3.700

1.500 Fuente: Instituto Geológico y Minero de España, 1987

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De acuerdo a estos datos, en la tabla siguiente, se recomienda, aproximadamente, la cantidad de explosivos según el tipo de roca (rangos de valores medios). Se indican como referencia algunas de las rocas más conocidas.

Tabla 4.4. Cantidad de Explosivo Según Tipo de Roca (Rangos de valores medios)

Origen de la Roca Tipo de Roca Cantidad de Explosivo kg/m3

Rocas Ígneas

Plutónicas: Granitos Gabros Dioritas Volcánicas: Basaltos Andesitas Riolitas

1,20 – 1,80

Rocas Metamórficas

Masivas: Cuarcitas Mármoles Foliadas: Pizarras Esquistos Gneiss

1,00 – 1,35

Rocas Sedimentarias

Detríticas: Arenisca Lutita Limonita Químicas: Caliza dolomítica Evaporita Orgánicas: Caliza Carbón Coral

0,50 – 1,00

Fuente: Instituto Geológico y Minero de España, 1987

4.2. INCIDENCIA DE LOS PLAZOS

Dependiendo del contrato, los plazos pueden ser determinantes y un factor importante en el desarrollo de un proyecto. Esto se ve reflejado cuando la obra está limitada por un plazo relativamente corto respecto a su magnitud.

Dicho de otro modo, cuando los contratistas requieren que un trabajo se lleve a cabo dentro de un período corto de tiempo, es necesario utilizar una gran cantidad de recursos para lograr este objetivo. Así, en los casos de movimientos de tierra, poner a disposición una gran cantidad de maquinaria implica aumentar la producción y, por lo tanto, lograr terminar en los plazos especificados. Sin embargo, este aumento en la cantidad de maquinaria involucrada afecta directamente a los costos unitarios si no se hace un balance adecuado de la maquinaria, y en todo caso los gastos generales se verán fuertemente afectados.

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Cuando esto ocurre, el costo asociado a los movimientos de tierra se ve aumentado, llegando entre 10 a 20% del costo final por sobre el total, siendo realmente considerable cuando se trabajan con volúmenes grandes. No obstante, cuando se analiza el costo unitario correctamente, el cambio no es considerable, o sea, la diferencia entre usar una cantidad de maquinaria normal a un número mayor, la programación de los frentes de trabajo es el punto clave.

4.3. INCIDENCIA DE ASPECTOS AMBIENTALES

Uno de los requisitos que se necesita para obtener los permisos que darán inicio a las faenas, es el estudio de impacto ambiental de la obra. Este informe debe señalar en qué forma, positiva y negativa, afectará la construcción dentro del sector físico destinado para este fin.

Luego es imprescindible, una vez obtenido los permisos, cumplir con toda la normativa establecida por la Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA), y así dañar lo menos posible la calidad del aire, calidad acústica, flora y fauna, geomorfología, hidrología, etc., para que obra y sociedad puedan compatibilizar de mejor manera.

Es por ello que el aspecto ambiental incide en los costos de una obra a medida que se desarrollen buenas prácticas dentro de ella. Es decir, que se invierta en capacitación de obreros, compra o arriendo de maquinaria más avanzada y hasta más silenciosa que la antigua, efectuar controles sobre los equipos y faenas más contaminantes, realizar constante mantenimiento a la maquinaria con el fin de que no emitan gases o ruidos contaminantes al medio, reforestación cuando se afectan bosques, entre otros. Otro tipo de inversión, en caso de encontrarse el lugar de construcción dentro de una ciudad o zona poblada, es implementar equipos más sofisticados que complementen las buenas prácticas descritas anteriormente, como: barreras acústicas, cápsulas y túneles para equipos y herramientas de alta emisión.

En el caso del análisis de la influencia del aspecto ambiental en obras de movimiento de tierra o roca, adicionado a los aspectos a cuidar antes descritos, es importante poseer un lugar de botadero para la marina que se obtendrá de dichos movimientos, que cumpla con todas las especificaciones ambientales existentes al respecto y así no afecte negativamente al lugar en donde se ubicará. Generalmente, las prescripciones ambientales establecen varios requisitos sobre la ubicación de los botaderos y la forma de disponerlos, lo que naturalmente puede ser incidente en los costos, ya que será necesario ocupar horas-máquinas adicionales a las previstas.

En consecuencia, la influencia del aspecto ambiental puede o no aumentar significativamente el costo de una obra, dependiendo si los aspectos anteriores fueron o no considerados en el estudio del proyecto.

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4.4. INCIDENCIA DE LAS ESPECIFICACIONES

Las especificaciones técnicas influirán en una mayor o menor cantidad al costo unitario del movimiento de tierra o roca, dependiendo del nivel de exigencia aplicado a los requisitos que allí se soliciten.

En el caso del movimiento de tierra, si se especifica que la zona excavada debe quedar con un determinado talud, además de su protección con vegetación de forma tal que no ocurran erosiones ni deslizamientos de tierra, o en el caso que el botadero deba quedar compactado, nivelado, etc., el costo del precio unitario aumentará de manera importante. En caso de que el lugar en donde se esté trabajando no sea necesario dejar taludes especificados o protecciones ya que es un terreno que solo servirá, por ejemplo, para la extracción de material, el costo unitario no se vería mayormente afectado por este factor.

Por otra parte, en el caso de movimientos de roca, el costo unitario se verá afectado según el producto rocoso que se quiera extraer, esto debido a que del producto requerido será el tipo y cantidad de explosivo que se deba emplear. De ahí que se sufrirá un alza del costo unitario si el producto final solicitado es muy específico, o una caída del mismo, si sólo se necesita extraer el material para despejar el lugar.

Además, tanto para el movimiento de tierra como para el de roca, podría limitarse el uso de maquinaria a aquellas que cumplan con características tales como el año de fabricación, equipamiento avanzado, entre otras, lo que afectará aumentando el costo unitario de estos movimientos.

En síntesis, las especificaciones técnicas afectarán el costo unitario del movimiento de tierra o roca, dependiendo de los medios solicitados para desarrollar los trabajos y el producto final que se quiera obtener en cada uno de los casos.

Finalmente, otro aspecto importante es la forma de medición para pago de los movimientos efectuados:

− Si se trata de excavar para llevar a terraplén o relleno, también para pedraplenes o enrocados, lo normal es pagar la cubicación geométrica de los rellenos compactados según perfiles del proyecto, por lo que el control de densidades en banco, sueltas y compactadas es clave para la excavación, transporte y compactación

− Si se trata sólo de excavación, el control topográfico para la cubicación del terreno natural será el aspecto más importante

4.5. INCIDENCIA DE CONDICIONES CLIMÁTICAS

En el desarrollo de una obra y dependiendo de la duración de ésta, el factor climático es de gran importancia, debido a que puede afectar los plazos estimados de las partidas o cambiar las propiedades del suelo con el que se trabajará, entendiendo que se habla de zonas con clima variado.

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Así, el caso más sencillo de analizar es cuando la duración de los trabajos es relativamente corta. En este caso se debe considerar que el comienzo de las faenas no sea en momentos críticos respecto al posible estado climático, es decir, se debiera tomar en cuenta un inicio que coincida con períodos no lluviosos o de bajas temperaturas o aquellos en que no habrá deshielos. Sin embargo, hay que señalar que el inicio de un contrato es definido por los mandantes, de modo que el constructor deberá hacer debida consideración de los casos mencionados debido a que su plazo efectivo no será menor al plazo contractual.

El segundo caso corresponde a una obra de larga duración, donde no se puedan evitar condiciones climáticas desfavorables para el desarrollo de los trabajos y partidas relacionadas con el movimiento de tierra y roca. En estos casos y dependiendo del lugar geográfico donde se realizará la obra, la estimación de períodos lluviosos o desfavorables se hace mediante un estudio estadístico de este tipo de eventos, considerando un margen de error desfavorable para el estimador. De esta forma, se está considerando el tiempo no trabajado, el que debe reflejarse en los costos unitarios de manera de no tener pérdidas por este factor. Un período largo permite hacer ajustes más certeros.

Un tercer caso corresponde a la influencia de los factores climáticos sobre las propiedades físicas de los suelos. Este caso es el más difícil de modelar para incluirlo dentro de los costos, ya que los rendimientos en un material alterado pueden tener altas variaciones respecto al material en estado normal, según lo considerado en los estudios y estimaciones. Sin embargo, ensayos de suelo pueden ser muy útiles para estos efectos, logrando muchas veces acercarse a un rendimiento estimado cercano al rendimiento real conocido en terreno.

Tomando en cuenta estos tres casos, la incidencia del clima no debería presentar un mayor problema a la hora de considerar rendimientos y evaluar producción dentro de una obra con movimientos de tierra y roca. La experiencia acumulada de las empresas constructoras en casos similares es de gran utilidad, considerando que los rendimientos reales solo se determinan al final de la faena.

4.6. INCIDENCIA DE LOS VOLÚMENES DE OBRA

Dependiendo de los volúmenes que se desee mover, los costos unitarios se verán afectados, ya sea en los costos de excavación como en los costos de transporte. En efecto, cuando los volúmenes que se desea mover no son considerables, los costos se verán aumentados debido a que se debe usar una cantidad de maquinaria cuyo costo será alto en comparación al tiempo total en que se usará.

En caso contrario, al tener altos volúmenes de terreno a mover los costos se hacen menores, pese a tener que usar una mayor cantidad de maquinaria. Esto se explica como el efecto de usar una cantidad de maquinaria que pareciera no ser excesiva cuando se compara con lo volúmenes totales.

Dicho en otras palabras, cuando los volúmenes son bajos, la cantidad de maquinaria usada pareciera ser alta, poco adecuada y los costos altos; con volúmenes grandes, la cantidad de

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maquinaria pareciera ser la apropiada y los costos, bajos y ajustados. En resumen, cuando los volúmenes son menores, los costos tienden a subir; cuando son mayores, tienden a disminuir.

4.7. INCIDENCIA DEL MONTO DEL PRESUPUESTO

Cuando se analizan trabajos de movimientos de tierra y roca, por lo general se elige el sistema de maquinaria cuyo rendimiento sea mejor. Sin embargo, cuando el presupuesto es limitado se debe considerar el sistema que sea más económico.

Debido a lo anterior, es que el presupuesto puede llegar a ser importante en la determinación de costos, ya que, en caso de ser una limitante dentro de los movimientos de tierra y roca, puede afectar en forma negativa el rendimiento y la producción en estas faenas. En caso contrario, al ser el presupuesto un factor favorable, puede elegirse un sistema que entregue mejores rendimientos y producciones.

En resumen, el presupuesto en una obra afecta principalmente a la duración de esta de manera indirecta; en otras palabras, cuando existe un mayor presupuesto, es posible el uso de un sistema más eficiente, lo que significa además un mayor gasto; sin embargo, al usar un sistema más eficiente los plazos se reducen, lo que puede significar a largo plazo una ganancia en el tiempo de la obra, lo que implica menor tiempo de uso de maquinarias y, por lo tanto, menores costos en este ítem.

4.8. FACTORES DE RIESGO

Para finalizar el análisis de costos se debe considerar el riesgo que existe el haber hecho estimaciones que están sujetas a cambios que escapan al criterio y a las predicciones del ingeniero a cargo. Este factor es uno de los más difíciles de aplicar, ya que depende mucho de la experiencia y el riesgo que está dispuesto a asumir el estimador. Debe señalarse que los riesgos son evaluables, sin embargo, aplicar la teoría de riesgos resultaría demasiado extenso para los propósitos del presente trabajo.

Cuando se consideran períodos de malas condiciones climáticas o se estima una cantidad o calidad de roca que pueda ir en desmedro de un correcto desarrollo de los trabajos, existirán pérdidas importantes. Debido a este tipo de factores es que se corrige el costo final calculado de tal manera de tener una holgura positiva para contrarrestar estas eventualidades, lo que da más seguridad y permite posibles errores en la estimación.

La experiencia y el criterio del ingeniero son valiosas en la aplicación de este factor en los costos unitarios, ya que dependerá de la seguridad que se tenga de ocurrencia de un evento en el aumento o disminución de los costos; en otras palabras, el costo se verá aumentado o disminuido en igual medida en que aumenta el grado de incertidumbre del ingeniero estimador.

69

4.9. CONSIDERACIONES SOBRE LA SEGURIDAD

Este ítem dentro de los costos no tiene gran relevancia, ya que no precisa de un análisis complejo. Sin embargo, en la ejecución de la obra surge su importancia, a que de esto depende el bienestar dentro de ésta. Normalmente son cargados a los gastos generales de la faena.

El cálculo se basará en analizar todas las medidas y consideraciones sobre seguridad que, tanto el cliente como la normativa, requieran, y evaluar los costos que tendrá durante los trabajos de movimientos de tierra y roca. Así, se debe estudiar el costo que tiene la seguridad dentro de la obra y luego deben incluirse en los costos unitarios finales.

Pese a la importancia de la seguridad en cualquier trabajo de obras civiles, en el presente estudio no se analizará el impacto en los costos unitarios que tiene este ítem.

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CAPÍTULO 5

ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

5.1. ANÁLISIS DE LOS FACTORES EN EL PRECIO DE UNA PARTIDA

Tanto en movimiento de tierra como de roca, el análisis de precios debe tener en cuenta los diferentes factores incidentes mencionados en el capítulo anterior, de tal forma que al calcular los costos finales, estos se vean reflejados en el resultado. De este modo, el estudio debe comenzar de acuerdo a un orden coherente, que refleje de una u otra forma los aspectos incidentes en el desarrollo de una partida sobre los costos.

Es por estos motivos que para desarrollar un análisis de precios se debe comenzar considerando condiciones óptimas, es decir, los factores climáticos se consideran de tal forma que éstos no afecten los rendimientos de las maquinarias utilizadas, además de no afectar las propiedades del suelo o roca que se requiera mover. También se considera un tipo de suelo o roca cuyas propiedades sean características de un suelo o roca común; esto, para lograr una estimación de rendimientos de maquinaria que corresponda a un trabajo estándar. A su vez, se tiene a la mano los requerimientos de factores como aspectos ambientales, especificaciones, plazos, presupuesto, factores de seguridad, riesgo y volúmenes del proyecto.

Una vez realizado en análisis en condiciones óptimas, se hace necesario estudiar el impacto que puede traer los diferentes factores, además del cómo y cuánto afectan estos en los costos finales. En otras palabras, dependiendo de las condiciones en las cuales se desarrollarán los trabajos de movimiento de tierra y roca, es como se calcularán los precios finales.

En este paso es necesario categorizar los factores mencionados en el capítulo anterior según la forma en que afectan los rendimientos y costos finales. Una categorización corresponde a aquellos factores que afectan directamente en rendimiento, como es el caso del tipo de suelo o roca con el que se requiera trabajar y el tipo de maquinaria para estos fines. Así, para los análisis realizados en el presente estudio, para los movimientos de tierra se consideró tres tipos de suelos diferentes, logrando con esto aproximar los resultados y poder, en estudios posteriores, interpolar los resultados obtenidos. Así pues se usaron como suelos representativos los rendimientos en suelos sueltos o sin cohesión, suelo común y suelo duro compacto (como la arcilla seca).

Hecho el cálculo con las condiciones mencionadas en el párrafo anterior, se procede a incluir en los costos los diferentes factores que fueron excluidos, para lograr un resultado más cercano a las diferentes realidades que se pueden presentar dentro de un proyecto.

Así, al incluir la incidencia del impacto ambiental o las especificaciones del proyecto en los costos y dependiendo de lo estricto que sea el contrato o la legislación correspondiente respecto al lugar donde se esté trabajando, los costos deberán ser modificados de acuerdo a lo que se estima necesario realizar para cumplir con las especificaciones. En este caso solo se

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incluirá lo que tiene que ver con horas extras por empleo adicional de horas-máquinas ya sea en empréstito o botadero.

En relación a la incidencia de los plazos, el presupuesto y los volúmenes con los cuales se pretenda trabajar, pese a ser distintos en concepto entre sí, suelen ir relacionados en cuanto al cálculo de los costos finales. En este caso, el análisis se ha realizado considerando volúmenes importantes de movimiento de tierras y plazos razonables.

En relación al clima, ya se ha dicho que puede llegar a ser trascendental en el presupuesto final, ya que muchas veces las consideraciones tomadas en cuanto a los plazos de las partidas de movimiento de tierra están pensadas de acuerdo a ciertos períodos estadísticos de lluvias o mal tiempo con los cuales los trabajos no se pueden realizar. Fundamentalmente esto se ve reflejado en los rendimientos y plazos, de manera que en los esquemas propuestos, solo será preciso cambiar los rendimientos de acuerdos a recomendaciones señaladas.

Para finalizar el análisis de costos se debe considerar el riesgo, estudio que se realiza una vez terminado el cálculo de costos de todas las partidas del proyecto. Sin embargo, en este caso no se realizará, ya que se estaría particularizando el cálculo según factores y consideraciones, alejándose de uno de los objetivos, que es entregar una base general para futuras estimaciones. Sólo se indican cuáles son los factores de riesgo en estimaciones de costos para los movimientos de tierra y roca en el Capítulo 4.

Por otra parte, y en adición a los costos finales, se debe tener en cuenta las consideraciones de seguridad a las que estará sujeta la obra y, dependiendo de la locación, especificaciones y consideraciones, es el costo unitario final. Pese a ser un ítem importante dentro de toda obra, tiene un rango muy alto de opciones posibles, al de estar atadas a cláusulas ajenas a una estimación que sea de utilidad en un estudio como éste; por este motivo no se considera dentro de los cálculos de este trabajo.

5.2. FORMA DE ESTRUCTURAR UN PRECIO

La estructuración de un precio está conformada por distintas opciones, acciones y operaciones que influyen significativamente en la determinación del costo final del movimiento de 1 m3 de tierra o 1 m3 de roca.

Una de estas opciones es el tipo de maquinaria a emplear, ya que cada una de ellas posee un costo horario y un rendimiento que permiten evaluar las diferentes formas de realizar un trabajo, de manera tal que al tomar la decisión se escoja la solución más conveniente, tanto económica como funcionalmente, para el tipo de suelo o roca con el que se deba manejar.

Además de la elección adecuada del tipo de maquinaria, el rendimiento esperado de ella es un factor que se debe considerar dentro de la estructuración del precio. Si bien este rendimiento es un valor conocido con anterioridad, ya sea por que es entregado por los fabricantes o por estudios estadísticos desarrollados con datos de trabajos realizados, puede sufrir modificaciones, afectando positiva o negativamente al global del proyecto.

72

Dichas modificaciones pueden ser a causa de, por ejemplo, un mal estudio del terreno, lo que en la práctica se puede traducir en un cambio inesperado de la estratificación del suelo o del tipo de roca; lo que significa, en caso que el suelo sea más blando o la roca más sana, un aumento del rendimiento y en caso contrario una disminución del mismo, lo que influirá en la cantidad y tipo de maquinaria o explosivos que se estén empleando en dicho momento, según sea el caso.

Por otra parte, los plazos previstos al inicio de cada obra por los proyectistas de igual modo forman parte de la estructuración de un precio. Estos plazos pueden ser prolongados o breves, y por lo general son modificados en el transcurso del proyecto por motivos propios o ajenos a la maquinaria empleada.

En la práctica, cuando el volumen de material con los que se trabaja es grande, las diferencias en el cálculo final del costo para cortos o largos plazos con abundante o escasa maquinaria, es relevante, ya que las cantidades de dinero que se manejan son considerables. En el caso particular de esta memoria la diferencia en los costos no será tan notoria debido a que sólo se analiza en forma general cuales son las condiciones necesarias a considerar en el movimiento de tierra o roca.

Otra operación que conforma esta estructuración es la distancia de transporte, esto porque influirá en la determinación del número de maquinaria de transporte a utilizar, es decir a la cantidad de camiones o dúmperes que se emplearán en el traslado de tierra o roca, respectivamente, con el fin de completar el ciclo de trabajo sin interrupciones y por ende no dejando lugar para tiempo ocioso o pérdida de tiempo dentro del mismo ciclo.

En cuanto a la participación de los insumos dentro de la estructura de precios, en los movimientos de tierra no es relevante; no así en los movimientos de rocas, puesto que al ser el explosivo considerado como insumo, todo aumento en su gasto se verá reflejado directamente en el cambio del precio unitario del movimiento del metro cúbico de roca.

Consecuentemente, este ítem es de cuidado, debido a los posibles errores de cálculo en la estimación de la cantidad de explosivos o por la ineficacia de éstos en las rocas a mover; en otras palabras, los costos asociados a los insumos pueden verse aumentados si existió alguna falencia en la estimación de cantidad de explosivos o la estimación del tipo de roca que se requiere explotar. Por ello las tablas incluidas en los capítulos y anexos son útiles para la estimación.

En resumen, para generar el precio del movimiento de tierra se debe considerar:

− Característica de los caminos de acarreo, para poder definir la velocidad media de los camiones y la distancia de transporte.

− Ubicación geográfica, lo que permitirá determinar los días de lluvia y la logística a emplear

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− Maquinaria, en donde existen dos posibilidades; la primera es utilizar la maquinaria disponible, y la segunda es la posibilidad de elección. Esta última permite escoger la maquinaria más adecuada.

− Determinación de rendimientos, está en función del tipo y condición del suelo, de las características de la maquinaria y condiciones climáticas.

− Determinación de módulos de trabajo. Generalmente se calculan los precios con toda la maquinaria disponible; sin embargo, lo correcto es establecer el precio balanceando el equipo.

− Forma de pago. No es lo mismo, por ejemplo, pagar un terraplén compactado midiendo geométricamente según planos del proyecto o midiendo según el material excavado para conformar el terraplén o medir según el volumen transportado.

− Factores de riesgo.

5.3. DETERMINACIÓN DE DIFERENTES PARTIDAS ASOCIADAS A MOVIMIENTOS DE TIERRA

En este inciso se determinará el costo de mover 1 m3 de tierra mediante dos sistemas de trabajo. Para ello se manejará una selección de maquinarias cuyos costos horarios son actualmente empleados por importantes empresas del rubro.

Cada sistema contará con tres partidas: excavación, transporte y confección de relleno. Cabe mencionar que los valores mencionados son considerados para condiciones generales con el fin de poder realizar un análisis práctico de cada situación.

La maquinaria comprometida en este análisis junto a sus costos horarios son los siguientes:

Tabla 5.1. Costos Horarios Maquinaria

Maquinaria Características Costo Horario [$]

Bulldozer Cat D8 68.000Cargador Frontal Cat 950H C7 con capacidad de 3,5 m3 48.760

Excavadora Cat 420E con capacidad de 0,96 m3 44.900Camiones tolva Diesel de 12 m3 28.000Motoniveladora Cat 140M 45.000

Rodillo compactador 10 ton 19.000Camión aljibe 10000 lt 3.000.000/mes

Nota: Los costos horarios consideran todos los insumos, operador, mantenimiento y costos de propiedad o adquisición.

Fuente: Elaboración propia

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El análisis se realizará efectuando algunos ejemplos de casos particulares para posteriormente tabular la variación de algunos parámetros.

Ejemplo 1. Excavación con transporte a relleno compactado.

Caso i: En tierra común (rendimiento medio).

Excavación llevada a un relleno compactado empleando el sistema bulldozer – cargador frontal – camión, para un suelo compuesto por tierra común y en donde el rendimiento de la maquinaria comprometida se estimará en 120 [m3/hr].

Para el cálculo del costo de llevar el material excavado a terraplén, se consideran: para la partida de excavación, 1 bulldozer y 2 cargadores frontales y para el transporte, 4 camiones. Para la confección del relleno con el material excavado, se consideran 2 motoniveladoras, 2 rodillos compactadores y 2 camiones aljibe.

[ ]

[ ]3

33

33

3

33

$713.3/

$333120

$000.192$000.452$313.2/

$313.2120

$000.284$760.482$000.681

mterrapléncompactadoCosto

mhrm

mmm

terrapléncompactadoCosto

m

hrm

hrhrhrtransporteCosto

=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

=

∗

Caso ii: En tierra suelta o sin cohesión (rendimiento alto).

En este caso se considera un suelo granular y un rendimiento de 140 [m3/hr] de las maquinarias involucradas, en donde para la excavación se necesita de 1 bulldozer y 2 cargadores; para el transporte, 5 camiones; para la confección de relleno, 2 motoniveladoras, 2 rodillos compactadores y 2 camiones aljibes, se obtiene los siguientes costos:

[ ]3

3

$183.2

140

$000.285$760.482$000.681

mtransporteexcavaciónCosto

hrm

hrhrhrtransporteexcavaciónCosto

=+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

=+

75

[ ]3

33

33

3

$431.3/

$333140

$000.192$000.452$183.2/


mhrm

mmm


=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= ∗

Caso iii: En tierra dura compacta (rendimiento bajo).

En este caso se considera un suelo como una arcilla dura y un rendimiento de 70 [m3/hr] de las maquinarias involucradas, en donde para la excavación se necesita de 1 bulldozer y 1 cargador; para el transporte, 3 camiones; para la confección de relleno, 2 motoniveladoras, 2 rodillos compactadores y 2 camiones aljibes, se obtiene los siguientes costos:

[ ]

[ ]3

33

33

3

3

3

$030.5/

$33370

$000.192$000.452$868.2/

$868.2

70

$000.283$760.481$000.681


mhrm

mmm


mtransporteexcavaciónCosto

hrm

hrhrhrtransporteexcavaciónCosto

=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

+⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

=+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

=+

∗

* Corresponde al costo horario del camión aljibe considerando condiciones óptimas de trabajo. Con el fin de entregar mayor claridad a este cálculo es que en el siguiente ejemplo (ejemplo 2) se podrá observar la forma en que se calcula este costo, empleando los valores correspondientes que ahí se entregan.

Comentario

Los ejemplos anteriores reflejan claramente que diferentes tipos de suelo pueden llevar a precios muy diferentes, decir el conocimiento previo de rendimientos y suelos debe ser un aspecto a estudiar previamente antes de calcular los costos.

5.3.1. Optimización del cálculo de costos

Los casos anteriores son casos generales en que no se ha analizado la distancia de transporte, de modo que a continuación se hace un cálculo detallado considerándola, para determinar lo que se conoce como el balance o equilibrio de los equipos. Para ello se empleará la Tabla 5.2. siguiente, previamente calculada.

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Tabla 5.2. Número Estimado de Viajes por Hora para Camiones (Eficiencia de un 83%)

Tiempo [min] Distancia recorrida en ambos sentidos [km] Tiempo fijo [min] Tiempo viaje [min] Tiempo total [min]

Viajes por hora

estimados Velocidad media = 15 km/hora

4 8

12 16

7 7 7 7

12 24 36 48

19 31 43 55

2,6 1,6 1,2 0,9

Velocidad media = 24 km/hora 4 8

12 16

7 7 7 7

8 16 24 32

15 23 31 39

3,3 2,2 1,6 1,3


12 16

7 7 7 7

6 12 18 24

13 19 25 31

3,8 2,6 2,0 1,6


12 16

7 7 7 7

4 8

12 16

11 15 19 23

4,6 3,3 2,6 2,2

Fuente: Eduardo Barra Rivera

77

Ejemplo 2

Excavación llevada a un relleno compactado empleando el sistema bulldozer – cargador frontal – camión, para un suelo compuesto por tierra común (rendimiento medio). La cantidad de equipos se determinará a partir de los rendimientos de cada máquina según lo indicado en la Tabla 5.3. siguiente:

Tabla 5.3. Datos del Problema Rendimientos individualesBulldozer : se considera que excavando rinde 100 m3/hr (en banco)Cargador Frontal : se considera que rinde 230 m3/hr (en banco)Camión : se considera un camión tolva de 12 m3Compactador : se considera que rinde 150 m3/hr (compactado)Costos HorariosBulldozer : = 68.000 [$/hr]Cargador Frontal : = 48.760 [$/hr]Camión : = 28.000 [$/hr]Motoniveladora : = 45.000 [$/hr] (considerar 2 unidades)Compactador : = 19.000 [$/hr]Aljibe : = 3.000.000 [$/mes] (arrendado, completo

incluido motobomba)Datos suelo : Densidad banco = 1.910 kg/m3

Densidad suelta = 1.629 kg/m3DMCS = 2.241 kg/m3Compactación mínima = 96 de la DMCSPorcentaje agua agregar = 5 %

CiclosAljibe : Ciclo = 60 minutos

Capacidad = 10 m3Camión : los ciclos están en la tabla 5.1Dist. de transporte : 4km; velocidad media de 15 km/hrJornada : se trabaja todos los días en jornadas de 8 horas


Desarrollo:

Excavación

Puesto que el bulldozer rinde 100 m3/hora (en banco) y el cargador rinde 230 m3/hora (en banco), para evitar tiempos muertos se emplearán 2 bulldozer y 1 cargador.

Esponjamiento: 13,1126,1910.1

241.296,0==

⋅==

bancocompactado

f

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡==

horamcompactadoienton

3

17713,1

200dimRe

78

[ ]33$044.1

13,11200

$760.481$000.682

m

hrm

hrhrexcavaciónCosto =

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅+⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅

=

Transporte

Puesto que cada camión tiene una capacidad de 12 m3 (material suelto) y realiza 2,6 viajes a la hora para una distancia de 4 kilómetros, se tiene:

Esponjamiento: 32,1629.1

241.296,0=

⋅==

sueltocompactadof

Rendimiento de cada camión: ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡==

⋅horam3

236,2332,1

6,212

Luego, para ese rendimiento de necesitan: camiones87,723

177==

Compactación

Compactadores: puesto que el rendimiento de cada compactador es de 150 m3/hora compactado, se necesitan 2 compactadores.

Aljibe: horakg

mkg

horam 244.209.196,02241177 3

3

=⋅⋅

agua: 1.209.244 · 0,05 = 19.040 kg de H2O ≈ 20 ton H2O

Siendo la capacidad de cada aljibe de 10 toneladas y su ciclo de una hora, se necesitan: 20/10 ≈ 2 aljibes.

3142$

830177000.000.322 maljibes =⋅⋅

⋅=

Costo

Cada módulo de trabajo está constituido por:

2 bulldozer = 2 · 68.000 = $ 136.000 1 cargador = 1 · 48760 = $ 48.760 8 camiones = 8 · 28.000 = $ 224.000 2 compactadores = 2 · 19.000 = $ 38.000 2 motoniveladoras = 2 · 45.000 = $ 90.000 2 aljibes = = $ 142

Total = $ 536.902

79

En consecuencia el costo será: ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 3

$033.3177

902.536m

Esto refleja la importancia de diseñar adecuadamente cada módulo de trabajo, ya que de esta forma los tiempos de espera se hacen mínimos.

A continuación se inserta un gráfico que contiene la variación de los costos considerando distintas distancias de transporte.

Distancia vs CostosVmedia = 15 [km/hr]

0500

1.0001.5002.0002.5003.0003.5004.0004.5005.0005.5006.000

0 4 8 12 16 20

Distancia [km]

Cost

os [$

/m3]

Figura 5.1. Gráfico Distancia Recorrida vs. Costos para Velocidad Media 15 [km/hr]

La variación de los costos en relación a distintas distancias de transporte para otras velocidades medias de un camión y sus respectivos gráficos, se encuentran en el Anexo C.

De igual modo, el segundo sistema de trabajo se puede encontrar en el Anexo C; dicho sistema está compuesto por bulldozer y mototraílla. Durante el desarrollo del ejemplo, el cual es analizado en tres casos, se pretende explicar como se puede llegar a obtener un módulo de trabajo óptimo, pensando en que se cuenta con la maquinaria necesaria para ello.

5.4. DETERMINACIÓN DE DIFERENTES PARTIDAS ASOCIADAS A MOVIMIENTOS DE ROCA

En el cálculo del costo del m3 de movimiento de rocas es necesario considerar varias actividades de distinta naturaleza cuyo destino es obtener la correcta ejecución de las obras, las principales son:

80

− Excavación en suelo común. Normalmente esta actividad está relacionada con el despeje de suelo que cubre la roca en estado natural para dejarla expuesta para iniciar la perforación o disparos de prueba.

− Ripiadura o rasgado de la roca. Esto es preciso para determinar la dureza de la roca de manera de determinar si puede ser excavada con maquinaria o será necesario efectuar voladuras.

− Disparos de prueba. Habiendo determinado que la roca tiene una dureza que hace necesario dinamitarla, será necesario realizar algunos disparos de prueba que proporcionen antecedentes sobre los rendimientos de perforadura y sobre la cantidad de explosivos a emplear.

− Perforación. Sobre la base de los resultados anteriores, se diseñan las mallas de perforación y se procede a perforar y a cargar los explosivos.

− Voladura. Con los barrenos cargados se procede a la tronadura o voladura.

− Transporte de la roca. Efectuada la voladura debe procederse al retiro del producto de la tronadura (marina), ya sea para llevarla a botadero o para emplearla con propósitos definidos en el contrato, como por ejemplo pedraplenes.

− Quebrado de sobretamaños y roca predividida. Cuando se realiza una tronadura, generalmente quedan trozos de roca más grandes de lo esperado que hace imposible su transporte, en ese caso será necesario partir estos trozos perforándolos y colocando una cantidad mínima de explosivo, operación llamada en el jerga de faenas como “cachorreo”.

Considerando las diferentes actividades recién señaladas se procede a calcular el costo de movimiento de rocas.

El cálculo se realizará para características medias de dureza de la roca, basado en la experiencia de diferentes autores sobre consumos y rendimientos de explosivos según diferentes grados de dureza. Estos antecedentes se han incluido en el texto de la memoria.

Por otra parte se recuerda que el presente trabajo tiene como uno de sus objetivos describir y detallar las diferentes actividades relacionadas al movimiento de rocas en trabajos viales, de modo que no se contempla el cálculo de disparos con propósitos especiales.

81

Ejemplo

Excavación en roca llevada a botadero para roca de dureza media con una carga de tierra de 1 metro de espesor en una superficie de trabajo 3.500 m2. La cubicación de roca será de 25.000 m3 en un corte cerrado de un camino. La cantidad de equipos se determinará a partir de los rendimientos de cada máquina según lo indicado en la Tabla 5.4. siguiente:

Tabla 5.4. Datos Maquinaria Rendimientos individualesBulldozer : se considera que excavando rinde 100 m3/hr (en banco)Pala Excavadora : se considera que rinde 100 m3/hr (suelto)Dúmper : se considera un camión tolva de 12 m3Compresor : capacidad 1.000 pcmCostos HorariosBulldozer : = 68.000 [$/hr]Pala excavadora : = 51.000 [$/hr]Dúmper : = 42.000 [$/hr]Compresor : = 50.000 [$/hr] (incluidas mangueras)Wagon drill : = 40.000 [$/hr]Brocas 3" : = 30.000 c/u (incluido mantenimiento

y reparaciones)Cargador : = 5.000 c/u (incluido operador)ExplosivosAmón gelatina = 2416 [$/kg]Tronex = 2295 [$/kg]Anfo = 688 [$/kg]Guía = 500 [$/m]Dúmper : 2,2 viajes horaDist de transpore : 4 km; 15 km/hr


Desarrollo:

Escarpe, retiro de la carga de suelo sobre la roca

Para este trabajo se considerarán los valores calculados para el caso de excavación en suelo común obtenido para el ejemplo caso i:

Costo unitario de escarpe: $ 2.313 /m3

Costo relacionado a la roca será: ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

⋅= 3

$324000.25

500.3313.2/m

escarpeCosto

Ripiadura de la roca

Se considera como máximo 2 horas de trabajo con bulldozer. Luego, se tiene:

82

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

⋅= 3

$6000.25

000.682/m

ripiaduraCosto

Disparos de prueba

Para este caso se considera un gasto aproximado de:

24 kg amón gelatina = 24 ·$ 2.416 = $ 57.984 12 kg anfo = 12 ·$ 688 = $ 8.256 20 m guía = 20 ·$ 500 = $ 10.000 10 horas compresor = 10 $ 40.000 = $ 400.000 Total = $ 476.240

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡== 3

$19000.25240.476/

mpruebasCosto

Perforación

Se considera las siguientes condiciones: diámetro de perforación : 3”

profundidad perforación: 5 m

espaciamiento barrenos : 2x2m

velocidad perforación : 7 m/hora

perforación total : 20m

volumen a volar : 30m3

con estos datos se necesitan 3 perforadoras y 2 compresores:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

⋅+⋅+⋅= 3

$333.1030

000.303000.403000.502/m

nperforacióCosto

Voladura

La cantidad de explosivos para una condición media de una roca metamórfica será:

1,2 kg de amón gelatina/m3 : 1,2 · $ 2.416/kg = $ 2.900/m3 1 kg anfo/m3 : 1,0 · $ 688/kg = $ 688/m3 2 m guía/m3 : 2 · $ 500/m = $ 1.000/m3 0,2 de cargador : 0,2 · $ 5.000 = $ 1.000/m3 Total = $ 5.588/m3

Nota: En caso de usar estopín debiera agregarse fulminantes eléctricos.

83

Transporte

Considerando un esponjamiento de un 50%, la cantidad suelta de roca será: 60 m3

Cada camión rinde 12 · 2,2 = 26,4 m3/hora, de modo que se requieren:

60/26,4 = 2,3 unidades ≈ 3 unidades

Luego, el costo por transporte será:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

⋅+= 3

$900.530

000.423000.51/m

transporteCosto

Cachorreo

Se considerará lo mismo que las pruebas. $ 19/m3

Costo total: Escarpe $ 324/m3 Ripiadura $ 6/m3 Pruebas $ 19/m3 Perforación $ 10.333/m3 Voladura $ 5.588/m3 Transporte $ 5.900/m3

Cachorreo $ 19/m3 Total $ 22.189/m3

Comentario

De acuerdo a estos cálculos, el costo de la excavación del m3 de roca, es aproximadamente 10 veces el costo de la excavación del m3 de tierra, teniendo presente que podría variar mucho más para distancias de transporte mayores.

Si el cálculo se hiciera para rocas ígneas (de mayor dureza) el costo, según lo aquí planteado llegaría aproximadamente a $ 24.500/m3.

84

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. CONCLUSIONES

Al finalizar este estudio se puede decir que, dentro de toda la gama de trabajos posibles que puede realizar un ingeniero, la estimación de costos unitarios para movimientos de tierra y roca es una de las que está más sujeta al criterio del profesional, debido a la gran cantidad de factores incidentes y a las distintas posibilidades de enfrentar un mismo trabajo.

Así, el estudio de movimientos de tierra y roca fue enfocado de tal manera que explica los tipos de maquinaria y explosivos usados comúnmente dentro de obras de este tipo, para concluir con ejemplos prácticos que abarcan las posibilidades más importantes en cuanto a la inclusión de factores incidentes dentro de los costos unitarios.

De acuerdo al análisis realizado sobre los factores incidentes dentro de los movimientos de tierra y roca se hizo necesario clasificarlos según la forma en que afectarán sobre los costos unitarios finales. Así, al enfrentar un problema de estimación de precios para las partidas estudiadas se consideró que muchos de estos factores están sujetos al conocimiento del estimador.

De ahí que, al investigar acerca de cada uno de estos factores, sólo fuera posible incluir dentro del análisis de precios unitarios aquellos que están sujetos a experiencias previas o a datos estadísticos acerca de cómo los precios se ven afectados de acuerdo a los posibles cambios que éstos experimenten dentro de la obra, como es el caso de la calidad o dureza del terreno involucrado.

Por otra parte, el resto de los factores estudiados fue abordado de una forma objetiva, para que así se tenga un conocimiento sobre como éstos afectan los costos, para que finalmente, el estimador los incluya dentro de ellos, es decir, considerando según su propio criterio el grado de riesgo que desee tomar en sus cálculos.

Para lograr entender la envergadura de las obras tratadas en esta memoria, fue necesario explicar y describir las faenas y el tipo de maquinarias que se usan para lograr los objetivos propios de cada trabajo. Así mismo, al describir los movimientos de tierra fue necesario investigar y estudiar los diferentes tipos de maquinarias que se usan y sus características.

Por consiguiente, el estudio realizado ilustra de manera general las principales actividades que se realizan en cuanto a movimientos de tierra se refiere, explicando la forma más recurrente de abordar un trabajo, en cuanto a módulos de trabajo y aplicación se refiere, explicando los aspectos a considerar para lograr los objetivos de estas faenas.

Del mismo modo, se da a conocer los procesos relativos a movimientos de roca así como la maquinaria involucrada, logrando explicar de manera general todas las posibilidades de

85

extracción de roca. Sin embargo, la memoria se aboca a los movimientos de roca mediante extracción, debido a que este proceso es el más utilizado, más efectivo y más económico, siempre y cuando se utilice de una forma adecuada y bien programada. De esta forma introduce acerca el uso de explosivos y sus variedades.

Uno de los objetivos definidos en el comienzo de esta memoria fue dar un conocimiento básico de los explosivos usados en las voladuras de rocas y bancos, para lograr así comprender los distintos sistemas que se pueden usar dentro de obras que requieran este tipo de trabajo.

Planteado este problema, se logró, mediante un estudio acabado y una explicación ajustada, nombrar los explosivos más usados y conocidos, dando a conocer las diversas características de éstos además de explicar los posibles usos en cuanto a la calidad de los trabajos que se requieran por especificación.

En el mismo ámbito, esta memoria entrega el conocimiento necesario para poder entender los procesos productivos y aspectos fundamentales sobre los trabajos de voladura, sin entrar a explicar en detalle todos los cálculos y consideraciones que se deben tomar en un trabajo de esta naturaleza.

No obstante, para tener una visión más amplia acerca del uso de los explosivos dentro de los movimientos de roca, el capítulo cinco se encarga de dilucidar la forma de determinar el precio de explosivos por metro cúbico, dependiendo del producto que se requiera y la calidad de la roca. Sin embargo, esta es una estimación que no se debe considerar para un cálculo de presupuesto final, ya que considera una malla de perforación típica y una cantidad media de explosivos estimada poco ajustada. Pese a esto, el costo unitario calculado en esta memoria no se escapa al rango de costos deducidos de forma exacta en estimaciones de movimientos de roca mediante el uso de explosivos. Por otra parte, se entregan tablas que permiten determinar cantidades para una estimación presupuestaria preliminar.

De acuerdo a lo planteado en el cuerpo de la memoria, el cálculo de costos unitarios se hace de acuerdo a las consideraciones explicadas, logrando resultados que son bastante cercanos respecto a los costos reales a los que se pueda llegar en una obra.

En el estudio de movimientos de tierra y roca se detallan las posibles formas de abordar el mismo trabajo para luego analizar y comparar los precios resultantes de la estimación realizada. Así, se entrega una forma de abordar un trabajo con condiciones relativamente comunes y da una base sobre la cual trabajar cuando el estimador se enfrente a condiciones diferentes en cuanto a cambios en los factores considerados.

En resumen, se puede decir que la presente memoria logra resumir la amplia información acerca de maquinarias, movimientos de tierra y roca, explosivos y factores incidentes en el cálculo de precios en estos trabajos, además de entregar detalles y formas de procesar la información, logrando así un manual práctico para los iniciados en la estimación de precios.

86

6.2. RECOMENDACIONES

La aplicación de los aspectos que inciden en los costos de movimientos de tierra y roca deben ser aplicados con mucho criterio por parte del ingeniero, asegurando en mayor medida el correcto desempeño de las faenas por encima de los ingresos netos propios de una obra, cuidando por supuesto, que se logre solvencia económica.

Siguiendo este análisis, los aspectos a considerar en diferentes obras van variando en importancia dependiendo de las condiciones en las que ésta se encuentra inmersa. Así, es necesario saber identificar el o los factores más importantes, dependiendo de cada caso, y así priorizar la evaluación de éstos como un aspecto decisivo en el cálculo de los costos unitarios finales.

Por otra parte, la elección de la maquinaria a utilizar dependerá muchas veces de su disponibilidad o de las condiciones que presente el contrato, ya que muchas veces la empresa portadora de la maquinaria pertenece a los mismos dueños encargados de la obra. Al mismo tiempo, se debe procurar que las condiciones en donde se va a trabajar sean las adecuadas para la maquinaria elegida.

En lo referente a la elección de explosivos es necesario tener conocimiento de todos los factores que influyen en esta decisión, para lograr optimizar el trabajo y los costos finales calculados en las estimaciones básicas además de haber logrado una buena elección del explosivo, es decir, de forma similar en que se presentan en esta memoria. Así, cuando el experto realice sus estimaciones, los supuestos realizados en un comienzo no se escapen en gran medida a los sucesivos, consiguiendo con esto una menor variación entre los costos calculados por ambos agentes.

Finalmente, se puede decir que todas las estimaciones logradas en esta memoria fueron realizadas de acuerdo al supuesto de ser las primeras dentro de un proceso de evaluación, siendo esta la primera de muchas que anteceden la estimación de los costos finales. Es por este motivo que todos los supuestos acerca de los factores incidentes en los costos de movimientos de tierra y roca pueden variar según el avance de la obra, pudiendo influir de gran manera en los costos iniciales. Así, es deber del ingeniero estimador actualizar sus cálculos de acuerdo a las exigencias o eventualidades surgidas durante las faenas, teniendo suficiente criterio como para replantear sus supuestos y no considerarlos como absolutos.

87

BIBLIOGRAFÍA

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[2] BONHOMME, Santiago. Métodos de Construcción. 3ª ed. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile: Universitaria, 1974. 415 p.

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[4] PEURIFOY, R.L. Construction Planning, Equipment, And Methods. 4ª ed. Estados Unidos: McGraw-Hill, 1985. 683 p.

[5] MARFANY OANES, Antonio. Tecnología de Canteras y Graveras. Madrid: Fueyo Editores. 2004. 526 p.

[6] LANGEFORS, U y KIHLSTRÖM, B. Técnica Moderna De Voladura De Roca: España: Ediciones Urmo, 1971. 425 p.

[7] CATERPILLAR. Manual de Rendimiento Caterpillar. 22º ed. Estados Unidos: Caterpillar Inc., 1995.

[8] BARRA R, Eduardo. [Apuntes] de clases Construcción Pesada I. Universidad de Santiago de Chile, Departamento de Ingeniería en Obras Civiles. Santiago, Chile, 2005.

[9] DE SALAS, José María et all. Manual de Perforación y Voladura de Rocas. España: Instituto Geológico y Minero de España, 1987. 443 p.

ANEXO A

TABLAS RELACIONADAS A PALA EXCAVADORA Y DRAGA

A-1

ANEXO A

TABLAS RELACIONADAS A PALA EXCAVADORA Y DRAGA

Pala Mecánica Excavadora

Las Tablas A.1. a A.5. permiten determinar los rendimientos en base a producciones

establecidas medias, además permiten la selección del equipo adecuado en cada caso.

Tabla A.1. Producción Aproximada [m3/hr] Capacidad del cucharón en m3

Material

0,29

0,38

0,58

0,77

0,96

1,15

1,35

1,50

1,90

2,10

2,30

2,70

3,05

3,45

3,80

4,20

4,60

4,96

Tierra húmeda o arcilla arenosa

65

88

125

155

190

220

245

270

310

330

360

400

445

485

525

565

610

640 Arena y grava

60

85

120

150

175

205

230

250

300

320

345

385

425

460

495

530

565

600

Tierra común

53

73

105

135

160

185

205

230

270

290

310

345

390

430

460

495

525

555

Arcilla dura

38

57

85

110

140

160

180

200

235

255

275

310

345

375

405

435

460

490

Rocas bien fragmentadas (dinamitadas)

30

45

72

95

120

140

155

175

210

230

245

280

315

350

380

410

440

465

Tierra común con roca

23

38

61

80

100

120

140

155

185

205

220

255

290

320

350

380

415

440

Arcilla mojada y pegajosa

19

30

54

73

92

110

125

140

175

190

205

235

265

295

320

350

375

400

Rocas mal dinamitadas

12

20

38

57

73

88

110

122

150

165

180

205

235

260

285

315

335

360

NOTA. Tabla calculada en m3/hora (en banco), el aguilón de la pala describe un arco de 901, profundidad de excavación es óptima, que el material se carga en unidades

de transporte, no hay esperas y se ha considerado el factor de llenado del cucharón. Fuente: Manual Caterpillar.

A-2

Tabla A.2. Profundidad Óptima de Excavación [m]

Profundidad Óptima para Diferentes Materiales [m]

Capacidad Cucharón

[m3]

Materiales livianos y muy sueltos (margas, arenas, gravas, etc.)

Materiales medianos como tierra común

Materiales difíciles como arcilla dura, o mojada y

pegajosa

0,29

1,15

1,37

1,83

0,38

1,40

1,43

2,13

0,58

1,62

2,07

2,44

0,77

1,83

2,38

2,74

0,96

1,98

2,60

2,99

1,15

2,13

2,80

3,26

1,35

2,25

2,96

3,51

1,50

2,38

3,11

3,72

1,90

2,56

3,41

4,05 Fuente: Manual Caterpillar.

Tabla A.3. Factores de Corrección para Profundidad de Excavación y Ángulo de Giro

Ángulo de Giro [ 1 ]

Porcentaje de la Profundidad Óptima de Excavación [%]

451

601

751

901

1201

1501

1801

40

0,93

0,89

0,85

0,80

0,72

0,65

0,59

60

1,10

1,03

0,96

0,91

0,81

0,73

0,66

80

1,22

1,12

1,04

0,98

0,86

0,77

0,69

100

1,26

1,16

1,07

1,00

0,88

0,79

0,71

120

1,20

1,11

1,03

0,97

0,86

0,77

0,70

140

1,12

1,04

0,97

0,91

0,81

0,73

0,66

160

1,03

0,96

0,90

0,85

0,75

0,67

0,62

Fuente: Manual Caterpillar.

A-3

Tabla A.4. Eficiencia del Trabajo

Organización del Trabajo

Condiciones del Trabajo

Excelente

Buena

Regular

Deficiente

Excelentes

0,84

0,81

0,76

0,70

Buenas

0,78

0,75

0,71

0,65

Regulares

0,72

0,69

0,65

0,60

Deficientes

0,63

0,61

0,57

0,52 Fuente: Manual Caterpillar.

Tabla A.5. Factor de Llenado del Cucharón en Palas y Dragas (Usadas en conjunto con unidades de acarreo)

Material

Factor de Llenado

Arena y Grava

0,90 a 1,00

Tierra Común

0,80 a 0,90

Arcilla Dura

0,65 a 0,75

Arcilla Mojada

0,50 a 0,60

Rocas Bien

Fragmentadas

0,60 a 0,75

Rocas Mal

Fragmentadas

0,40 a 0,50


A-4

Excavadora tipo draga con cable de arrastre

Las Tablas A.6. a A.8. permiten determinar los rendimientos en base a producciones establecidas medias, además permiten la selección del equipo adecuado en cada caso.

Tabla A.6. Producción Aproximada [m3/hr]

Capacidad del Cucharón en [m3]

Material

0,29

0,38

0,58

0,77

0,96

1,15

1,35

1,50

1,90

2,30

2,70

3,05

3,80

4,20

4,60


54

73

100

122

150

170

190

200

235

270

300

355

415

440

465

Arena y grava

50

70

95

120

140

160

180

195

225

260

290

350

405

430

460

Tierra común

42

58

80

105

125

145

160

175

205

235

260

285

340

365

390

Arcilla dura

27

42

70

85

105

120

135

150

175

205

235

260

315

340

365

Arcilla mojada y pegajosa

15

23

42

58

73

85

100

110

135

160

185

205

250

270

295

NOTA. Tabla calculada en m3/hora (medidos en banco), giros de 901, profundidad de excavación óptima, el material se carga en unidades de transporte, no hay esperas y además se ha considerado el

factor de llenado del cucharón. Fuente: Manual Caterpillar.

Tabla A.7. Profundidad Óptima de Corte [m]

Capacidad del Cucharón en [m3]

Material

0,58

0,77

0,96

1,15

1,35

1,50

1,90


1,83

2,01

2,13

2,26

2,35

2,44

2,59

Arena y grava

1,83

2,01

2,13

2,26

2,35

2,44

2,59

Tierra común

2,26

2,44

2,59

2,74

2,90

3,02

3,20

Arcilla dura

2,65

2,83

3,05

3,26

3,44

3,60

3,75

Arcilla mojada

y pegajosa

2,65

2,83

3,05

3,26

3,44

3,60

3,75


A-6

Tabla A.8. Factores de Corrección para Profundidad de Corte y Ángulo de Giro

Ángulo de Giro [ 1 ]

Porcentaje de la Profundidad Óptima de Excavación [%]

301

451

601

751

901

1201

1501

1801

20

1,06

0,99

0,94

0,90

0,87

0,81

0,75

0,70

40

1,17

1,08

1,02

0,97

0,93

0,85

0,78

0,72

60

1,25

1,13

1,06

1,01

0.97

0,88

0,80

0,74

80

1,29

1,17

1,09

1,04

0,99

0,90

0,82

0,76

100

1,32

1,19

1,11

1,05

1,00

0,91

0,83

0,77

120

1,29

1,17

1,09

1,03

0,98

0,90

0,82

0,76

140

1,25

1,14

1,06

1,00

0,96

0,88

0,81

0,75

160

1,20

1,10

1,02

0,97

0,93

0,85

0,79

0,73

180

1,15

1,05

0,98

0,94

0,90

0,82

0,76

0,71

200

1,10

1,00

0,94

0,90

0,87

0,79

0,73

0,69


ANEXO B

TABLAS RELACIONADAS A LA VIDA ÚTIL ESTIMADA PARA DISTINTAS MÁQUINAS

B-1

ANEXO B

TABLAS RELACIONADAS A LA VIDA ÚTIL ESTIMADA PARA DISTINTAS MÁQUINAS

Vida Útil Estimada

Las Tablas B.1. a B.6. permiten conocer la vida útil estimada de las máquinas más importantes. En algunos como los ripiadores, no tiene sentido incluirlas ya que su vida es muy alta, pues no tienen dispositivos mecánicos para moverlos.

Tabla B.1. Vida Útil de Tractores Condiciones de trabajo

Hora-Vida Peso [ton] Moderadas Medias Severas 7 - 25 12000 10000 8000

25 - 100 22000 18000 15000 Fuente: Construction Planning, Equipment, And Methods.

Tabla B.2. Vida Útil de Palas Mecánicas

Condiciones de trabajo Hora-Vida

CapacidadCucharón

[m3] Moderadas Medias Severas 1,0 - 3,0 12000 10000 8000 3,0 - 6,0 12000 10000 - 6,0 - 14,0 15000 12000 10000 14,0 - 18,0 60000 50000 40000

Fuente: Construction Planning, Equipment, And Methods.

Tabla B.3. Vida Útil Retroexcavadoras Condiciones de trabajo

Hora - Vida Capacidad Cucharón

[m3] Moderado Medio Severo 0,5 - 1,0 15000 12000 10000 1,0 - 4,0 25000 18000 15000 4,0 - 8,0 40000 33000 25000 8,0 - 13,0 60000 50000 40000


La vida útil estimada de las dragalinas, grúas y clamshell es similar a la de las palas mecánicas.

B-2

Tabla B.4. Vida Útil Cargadores Frontales Condiciones de trabajo

Hora-Vida CapacidadCucharón

[m3] Moderadas Medias Severas 3,0 - 6,0 20000 18000 15000 6,0 - 8,0 40000 33000 25000 8,0 - 13,0 60000 50000 40000


Tabla B.5. Vida Útil de Dúmperes Condiciones de trabajo

Hora-Vida Capacidad

Tolva [ton] Moderadas Medias Severas

30 - 100 50000 40000 30000 100 - 220 60000 50000 40000


Tabla B.6. Vida Útil de Compresores Condiciones de trabajo

Hora-Vida CapacidadProd. aire

[pcm] Moderadas Medias Severas 100 - 300 13000 10000 8000 300 - 600 25000 20000 15000 600 -1000 30000 25000 20000


ANEXO C

COSTOS UNITARIOS RELACIONADOS AL MOVIMIENTO DE TIERRAS

C-1

ANEXO C

COSTOS UNITARIOS RELACIONADOS AL MOVIMIENTO DE TIERRAS

Variación del costo de un metro cúbico de tierra dependiendo de la distancia de transporte y de la velocidad media que puede llegar a alcanzar un camión; para ello se utilizaron los valores que aparecen en la tabla 5.2. y 5.3.

Tabla C.1. Costos Final de Módulos de Trabajo [$/m3]

4 2,6 23 8 3.0338 1,6 14 13 3.82412 1,2 10 18 4.61516 0,9 8 22 5.2484 3,3 30 6 2.7178 2,2 20 9 3.19212 1,6 14 13 3.82416 1,3 11 16 4.2994 3,8 34 5 2.5598 2,6 23 8 3.03312 2 18 10 3.35016 1,6 14 13 3.8244 4,6 41 4 2.4018 3,3 30 6 2.71712 2,6 23 8 3.03316 2,2 20 9 3.192

50

Costo del m3 por cada módulo de trabajo [$]

Velocidad Media [km/hr]

32

24

15

Nº necesario de camiones

Rendimiento [m3/hr]viajes/horaDistancia recorrida en

ambos sentidos [km]


El módulo de trabajo considerado en la última columna, exceptuando la cantidad de

camiones que es lo que se hace variar en esta tabla, es el mismo descrito al final del ejemplo 2 del inciso 5.3.1.

Gráficamente, la variación del costo según las distintas distancias de transporte es:

C-2

Distancia vs CostosVmedia = 24[km/hr]

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

0 4 8 12 16 20

Distancia [km]

Cos

tos

[$/m

3]

Figura C.1. Gráfico Distancia Recorrida vs. Costos para Velocidad Media 24 [km/hr]

Distancia vs CostosVmedia = 32 [km/hr]

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

0 4 8 12 16 20

Distancia [km]

Cos

tos

[$/m

3]


C-3

Distancia vs CostoVmedia = 50 [km/hr]

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 4 8 12 16 20

Distancia [km]

Cos

tos

[$/m

3]


C-4

Comparación de Costos en Caso de Partida con Equipos Balanceados y no Balanceados

A continuación se presenta el segundo sistema de trabajo. El análisis que en él se efectúa es para un problema particular considerando 3 casos o tres enfoques, lo que permite visualizar claramente lo que es el concepto de balance de equipos y forma de realizar el trabajo.

Construcción de terraplén:

− Se requiere construir un terraplén de 1.000.000 m3 compactados. Para ello se emplearán mototraíllas y bulldozer. Debido a la dureza del suelo se estima que será necesario romper previamente el suelo y después proceder a la carga de las mototraíllas.

− Primer caso. Se debe determinar si es más conveniente emplear un solo bulldozer que previamente rompa y posteriormente empuje las mototraíllas, o emplear un bulldozer para romper y otro para empujar.

− Segundo caso. Además, determinar el costo del m3 excavado, transportado, colocado en terraplén y compactado. El trabajo deberá realizarse en 2 meses trabajando 10 horas todos los días, considerando que no habrá días con lluvia.

− Tercer caso. Finalmente, suponiendo que disponibilidad de máquinas, se debe optimizar el costo.

Tabla C.2. Datos del Problema Bulldozer rompiendo : Largo rotura considerado = 60 metros

Distancia entre pasadas = 1 metrosProfundidad de rotua = 1 metrosVelocidad de rotura = 2 km/horaEficiencia considerada = 83 %Tfijo = 15 segundos

Mototraílla : Distancia de transporte = 1.500 metros en cada sentidoTfijo = 3 minutosTiempo de carga = 1 minutosVelocidad media de carga = 35 km/horaVelocidad media vacía = 60 km/horaCapacidad colmada = 16 m3Eficiencia = 83 %

Datos suelo : Densidad banco = 1.910 kg/m3Densidad suelta = 1.729 kg/m3DMCS = 2.241 kg/m3Compactación mínima = 95 de la DMCSPorcentaje agua agregar = 5 %

Aljibe : Ciclo = 60 minutosCapacidad = 10 m3

Costos horarios : Bulldozer = 68.000 $/horaMototraílla = 66.000 $/hora

de operación)Motoniveladora = 35.000 $/horaCompactador = 18.000 $/horaAljibe = 3.800.000 $/mes (arrendado, completo

Se deben considerar dos motoniveladoras y tres compactadores

($40000/hora sin gastos

incluido motobomba)


C-5

Cálculos

Esponjamientos: Se supondrá que se compactará al mínimo requerido.

12,11910

95,02241=

⋅==

bancocompactadof

23,11729

95,02241=

⋅==

sueltocompactadof

Bulldozer rompiendo:

- Ciclo: 05,22000

60606015

=⋅

+=+=rotura

roturafijo Vel

LTT minutos

- Volumen/pasada: 8,2880,060,060 =⋅⋅=⋅⋅= pasadaroturaroturapasada dofrPLolV m3/pasada

-Rendimiento en banco: 69905,2

6083,08,28=

⋅⋅=

⋅=

CicloEolV

V pasadabanco m3/hora

- Rendimiento en terraplén 568=terraplénV m3/hora

Rendimiento mototraíllas:

- Ciclo: 57,660000

60150035000

6015005,2 =⋅

+⋅

+=++=vaciamedia

trans

gadacarmedia

transfijo Vel

dVel

dTT minutos

- Rendimiento en terraplén: 6,9823,157,66083,016

=⋅⋅⋅

=⋅

⋅=

terraplén

colmada

fCicloECapV m3/hora

Primer y segundo caso

Costos de excavación y transporte: Se hace el análisis para el primer y segundo caso.

Primer caso: Se emplea un solo bulldozer.

- Número mototraíllas: 676,5 ≈=terraplénamototraíll

terraplénbulldozerV

V mototraíllas

- Costo: la primera hora el bulldozer rompe y la segunda empuja, luego,

C-6

1ª hora : 1 bulldozer = 1 x 68.000 = 68.000 $/hora6 mototraílla = 6 x 40.000 = 240.000 $/hora

2ª hora : 1 bulldozer = 1 x 68.000 = 68.000 $/hora6 mototraílla = 6 x 66.000 = 396.000 $/hora

TOTAL = 772.000 $/hora

3359.1$

568000.772

mCosto == (el resto es aproximadamente fijo)

Segundo caso: Se emplea un bulldozer para romper y otro para empujar.

Costo : 2 Bulldozer = 2 x 68.000 = 136.000 $/hora6 Mototraílla = 6 x 66.000 = 396.000 $/hora


3937$

568000.532

mCosto ==

Se aprecia el significativo menor costo del segundo caso. Es decir, el menor costo total, sólo en excavación será:

( ) 000.000.422$000.000.1937$359.1$ 333 =⋅− mmm

Costo final: Se elige el segundo caso; de modo que el costo final, incluyendo el costo de compactación, será:

Costo : 2 motoniveladoras = 2 x 35.000 = 70.000 $/hora3 compactadores = 3 x 18.000 = 54.000 $/hora

TOTAL 124.000 $/hora

3218$

568000.124

mCosto ==

- Aljibe: horakg

mkg

horam 244.209.195,02241568 3

3

=⋅⋅



3134$

3010568000.800.366 maljibes =⋅⋅

⋅=

C-7

Por lo tanto, el costo final queda dado por:

Costos : Excavación y transporte = 937 $/m3Maquinaria de compactación = 218 $/m3Aljibe = 134 $/m3COSTO FINAL = 1.289 $/m3 compactado

Tercer caso

Los dos casos anteriores se han calculado considerando excavar y transportar según lo que ha rendido el bulldozer que rompe, sin embargo, se debe determinar cuantas mototraíllas puede empujar un bulldozer.

- Número mototraíllas: puesto que el tiempo de carga es 0,6 minutos, un bulldozer puede trabajar con

asmototraíll1195,1016,0

6,057,6≈=+

−

- Producción mototraíllas: como cada mototraílla rinde 98,6 m3 compactados, entonces las mototraíllas rendirán:

hrm

hrm 33

084.16,9811 =⋅

Un bulldozer rompiendo produce 568 m3, de modo que si trabajan las 11 mototraíllas se necesitan 2 bulldozer rompiendo que rindan 568 · 2 = 1.136 m3.

Con este equipo se calcula nuevamente el costo:

Costo : 3 Bulldozer = 3 x 68.000 = 204.000 $/hora11 Mototraílla = 11 x 66.000 = 726.000 $/hora


3858$

084.1000.930

mCosto ==

Se calcula nuevamente el costo final:

Costo : 2 motoniveladoras = 2 x 35.000 = 70.000 $/hora3 compactadores = 3 x 18.000 = 54.000 $/hora

TOTAL 124.000 $/hora

3114$

1084000.124

mCosto ==

C-8

- Aljibe: horakg

mkg

horam 782.307.295,02241084.1 3

3

=⋅⋅



3140$

30101084000.800.31212 maljibes =⋅⋅

⋅= =$ 140 /m3

Por lo tanto, el costo final queda dado por:

Costos : Excavación y transporte = 858 $/m3Maquinaria de compactación = 114 $/m3Aljibe = 140 $/m3COSTO FINAL = 1.112 $/m3 compactado

La decisión de usar el segundo o tercer caso dependerá de consideraciones de faena como: disponibilidad de máquinas, no tener mucho equipo circulando, precios holgados, etc.

Ahora bien, para determinar la cantidad de módulos de trabajo para concluir en el plazo contractual (2 meses):

hrmVrequerido

3667.1

6010000.000.1

=⋅

=

Como un módulo rinde hrm3

084.1 , se necesitan: 6,1084.1667.1 = módulos para terminar dentro

del plazo.

Se entiende como módulo de trabajo al conjunto de máquinas que rinden los 1.084 m3 del tercer caso, es decir las siguientes:

3 bulldozer

11 mototraíllas

2 motoniveladoras

3 compactadores

12 aljibes

ANEXO D

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LAS MAQUINARIAS

D-1

ANEXO D

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LAS MAQUINARIAS

Rendimiento

Para poder realizar una estimación del rendimiento lo más ajustada a la realidad se debe tener presente los siguientes factores:

− Esfuerzo de tracción − Efecto de pendiente − Efecto de altura sobre el nivel del mar − Resistencia al rodamiento − Aceleración

Esfuerzo de tracción

También denominado como la fuerza en la barra de tiro, se puede determinar por medio de la siguiente fórmula empírica:

VeWF ⋅⋅

=272

en donde: F es el esfuerzo de tracción en [kg] W la potencia del motor en la polea en [HP] e el coeficiente de eficiencia. Varía entre 0,8 y 0,85 V la velocidad en [km/h] Por otra parte, el esfuerzo de tracción efectivo queda limitado por el patinaje de orugas o

ruedas sobre el camino. Y para obtener el esfuerzo máximo se debe aplicar la siguiente fórmula:

fPF ⋅=

en donde: P es el peso del vehículo sobre las orugas o ruedas f es el coeficiente de fricción de las orugas o ruedas sobre el camino en el momento de iniciarse el patinaje

Efecto de pendiente

Si el movimiento del vehículo es a favor de la pendiente, el esfuerzo de tracción aumentará debido a la fuerza de gravedad. Lo contrario ocurre si el movimiento es en sentido de la gradiente.

D-2

El esfuerzo adicional creado por la pendiente queda expresado como sigue:

αsenQFa ⋅= en donde: Fa es la fuerza adicional en [kg] Q es el peso total del vehículo [kg] α es el ángulo de inclinación del camino [grados] Luego, el esfuerzo total de tracción en sentido de la pendiente será F + Fa, por ende en

sentido contrario a la pendiente será F – Fa.

Si la inclinación “i” se expresa en porcentaje, el esfuerzo adicional queda:

QiFa ⋅⋅= 10 donde Fa ≡ [kg], y Q ≡ [ton]

Efecto de la altura sobre el nivel del mar

Los motores que poseen combustión interna disminuyen su potencia con el aumento de altura sobre el nivel del mar. Es notorio a los 1000 m.s.n.m para motores estándar y a los 2400 m.s.n.m. en motores con super charge, es decir, motores a los cuales se les suministra aire por medio de un compresor.

La pérdida de potencia puede ser calculada por medio de una fórmula empírica que arroja valores muy aproximados, esta es:

1001000−

=Hp

En que p es la pérdida de potencia [%] y H la altura sobre el nivel del mar.

Resistencia al rodamiento

Corresponde a la suma de esfuerzos que se oponen al movimiento de un vehículo sobre el terreno horizontal.

Aceleración

Se puede definir como la velocidad en el tiempo; velocidad que desarrolla el vehículo y tiempo que es la sumatoria del utilizado en el recorrido más el empleado desde el que se pasa de velocidad cero a velocidad de marcha y/o de velocidad de marcha a velocidad cero.

Como las orugas se desplazan a una velocidad muy baja, los tiempos de aceleración y frenado son despreciables. No así en el caso de tractores de rueda neumática, ya que en este caso son muy importantes, pudiéndose considerar como tiempo fijo en el ciclo de trabajo.

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Costo Movimiento de Rocas y Tierra

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