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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y

PUERTOS

PROCEDIMIENTOS GENERALES DE CONSTRUCCIÓN

Juan Tiktin

MOVIMIENTO DE TIERRAS

* UTILIZACION DE LA MAQUINARIA

* PRODUCCIONES Y CASOS PRACTICOS

* COMPACTACION DE MATERIALES

* UTILIZACION DE COMPACTADORES

3ª Edición Septiembre 1997

Prof. JUAN TIKTIN

Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Foto Portada patrocinada por : EPSA INTERNACIONAL, S.A.

Obras de Movimiento de Tierras de la línea de al1a velocidad (AVE) Madrid-Barcelonaa

Es propiedad. Reservados todos los derechos

© E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

Servicio de Puhlicaciones Ciudad Universitaria s/n. Madrid

I.S.B.N.: 84-7493-204-1

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Este libro pretende ser de utilidad a los estudiantes de ingeniería civil y a los ingenieros de obra.

Los primeros deben ver en este texto una serie de criterios de formación con objeto de que den la importancia debida a las máquinas, en cuanto son elementos fundamentales en los distintos procesos constructivos y económicos de una obra, centrándose fundamentalmente en obtener una idea clara de las fases de trabajo de aquellas, método para calcular sus producciones y obtener su máxima utilidad.

Al estudiar una obra hay que analizar las máquinas que se necesitan de acuerdo con el proceso constructivo que se va a realizar. Si bien es cierto que este no se debe desarrollar sin conocer las limitaciones de los medios disponibles en el mercado, porque el constructor se arriesga a batir records mundiales antieconómicos.

Los ejercicios que figuran son el resultado de años de enseñanza en la Escuela de Caminos de Madrid, y han sido puestos en exámenes, resueltos en base a los conocimientos teóricos que se exponen en los capítulos. Los alumnos deben resolverlos sin leer la solución, sabiendo que su lectura no sirve para retener la teoría del capítulo.

A los Ingenieros de Obra, se trata de inculcarles un espiritu científico para demostrar teóricamente lo que ya saben por su experiencia y de esta forma puedan extraer de las máquinas nuevas aplicaciones y desarrollos de procesos constructivos.

En realidad cuando un Ingeniero conoce bien una máquina, enseguida se da cuenta de sus limitaciones, esto es lo verdaderamente importante y responde a la definición de Ingeniero: el que es capaz de desarrollar y progresar una técnica.

A él van dedicados los casos prácticos y en la lectura de los ejercicios podrá encontrar casos parecidos que le hayan ocurrido y quizá le den nuevas ideas.

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CAPITULO

1.-

CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS ... 1.1 1.2 OBJETO DEL CAPITULO

1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN

1.2 1.2 1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO ... 1.4 1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION . . . .. . . .. . . .. . .. . . . .. . . ... . .. . . 1.6 1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR ... ... 1.7

1.7 CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS 1.9

CAPITULO 2.- ECUACION DEL MOVIMIENTO

2.1 OBJETO DEL CAPITULO ... 2.1 2.2 ESFUERZO TRACTOR .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. .. ... ... . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. .. . 2.1

2.2.1 TRACCION DISPONIBLE 2.2.2 TRACCION UTILIZABLE

2.1 2.2 2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y UTILIZABLE . . . 2.3 2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION . . . 2.4 2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA . . . 2.4 2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE . . . 2.5 2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION . . . 2. 7 2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE . . . 2.8 2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO . . . 2.8 2.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ... 2.10

CAPITULO 3.- DETERMINACION DE LA PRODUCCION Y COSTE

3.1 DEFINICION DE LA PRODUCCION ... 3.1 3.1.1 CONCEPTO . . . .. .. . .. . . .. .. .. . . .. .. .. . .. .. . . .. . . .. .. .. .. ... .. .. . . ... . . .. . . .. . .. . . 3.1 3.1.2 FACTORES . . .. . . .. .. ... . ... . . .. . . .. . .. . . . .. . . .. . . .. . ... . . .. .. . . .. . . 3.1 3.2 EFICIENCIA HORARIA . . . 3.2 3.3 CICLO DE TRABAJO . . . 3.5 3.3.1 CONCEPTO . . . .. . . .. . .. . . .. . . .. . . .. . .. . . .. . . .. .. . . .. . . .. .. . . ... . . 3.5 3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. . .. . .. .. .. . . .. .. .. ... .. .. .. . .. .. . 3.6 3.4 CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA .. .. .. .. . .. .. .. . .. . .. . . .. .. .. . .. .. .. .. .. . . .. . .. . .. . .. 3.7 3.5 CONTROL DE COSTES .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. .. .. . .. . . .. . . .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. 3.8 3.6 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS

/ 3.9

C.P. 3.1 PRODUCCIONES EN AUTOVIAS . . . 3.9 C.P. 3.2 CONSERVACION DE LA MAQUINARIA ... 3.10 C.P. 3.3 LA CONJUNCION DE ACTIVIDADES SIMULTANEAS DIFERENTES . . . 3.11

CAPITULO 4.- CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION

4.1 SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRA . . . 4.1 4.2 CONSTITUCION DE SUELOS. TIPOS DE EXCAVACION ... .

4.3 TIPOS DE EXCAVACIONES ... . 4.3.1 EXCAVACION A CIELO ABIERTO ... . 4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS ... . 4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS ... .

4.2 4.3 4.3 4.4 4.4 4.4 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA . . . 4.5 4.4.1 MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA ... . 4.5 4.4.2 MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS SIN DESPLAZARSE ... 4.5 4.4.3 MAQUINAS ESPECIALES . . . 4.6 4.5 CLASIFICACION DE ATKINSON DE UTILIZACION DE MAQUINARIA . . . . .. . . 4.6 4.6 CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD .. ... .... ... .... .... ... ... ... .... 4.7

4.6.1 INDICES DE EXCAV ABILIDAD, IE, DE SCOBLE, Y MUFTUOGLU . . . 4.7 4.6.2 CLASIFICACION DE FRANKLIN . . . 4.8 4.7 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS . . . .. . . 4.10 4.8 ELECCION DE LA MAQUINARIA . . . 4.12 4.9 MECANIZACION DE UNA OBRA . . . 4.13 4.10 NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS ... . 4.13 4.10.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTO ... 4.14 4.10.2 DURACION Y FACTORES . . . .. . . .. . . ... ... .. ... ... ... . . .. . .. . .. .. . . . .. . ... .. ... .... ... 4.14 4.10.3 DIBUJO ... . 4.16 4.10.4 DENOMINACION . . . .. . . .. . . .. . . 4.16 4.10.5 CONCEPTO T.V.H. ... 4.17 4.11 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS . . . .. . .. . . .. .. . . .. . . .. . . ... . . .. . .. . . .. .. . . .. . . .. . . 4.17

CAPITULO 5.- EXCAVACION Y EMPUJE. EL BULLDOZER

5.1 TRACTORES, MODELOS Y CAMPO DE APLICACION . . . .. . . . .. . . .. . . 5.1 5.1.1 EN CUANTO AL TIPO DE TERRENO ... . 5.2 5.1.2 COMO ELEMENTO DE TIRO O DE EMPUJE . . . .. . . 5.2 5.1.3 RESPECTO AL EQUIPO DE TRABAJO ... 5.2 5.2 EQUIPOS DE TRABAJO . . . 5.3

2

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5.4 CAPACIDAD DE LA HOJA DE EMPUJE .. . .. . . .. . . .. . .. . .. .. . . .. .. .. . . .. . . .. . . ... . . 5.8 5.5 DISTANCIAS DE EXCAVACION Y DE EMPUJE... 5.11 5.6 PRODUCCION DEL BULLDOZER . .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. .. .. . .. . . .. . .. . 5.13 5.6.1 MEDIANTE GRAFICAS DE PRODUCCIONES MAXIMAS TEORICAS .. ... .. . ... . .. .. .. 5.13 5.6.2 MEDIANTE LA DURACION DEL CICLO Y SU PRODUCCION .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. ... . 5.16 5.7 TECNICAS DE EXCAVACION Y EMPUJE . . . 5.16 5.8 ESCARIFICABILIDAD DE UN TERRENO .. .. .. . .. .. .. .. . . .. .. . . .. . .. .. . .. .. .. .. . . . .. .. .. . .. ... .. .. . . . .. .. 5.19 5.9 DESGARRAMIENTO ECONOMICO . . . 5.21 5.10 PRODUCCION DE ESCARIFICACION . . . 5.24 5.11 TRABAJO COMBINADO DE ESCARIFICACION Y EMPUJE . . . 5.25 5.12 UTILIZACION EN COMPARACION CON LA EXCAVADORA HIDRAULICA ... 5.26 5.13 UTILIZACION EN COMPARACION CON LA MOTONIVELADORA .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. . .. 5.27 5.14 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. . .... .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . 5.27 APENDICE 5.1 TECNICAS DE ESCARIFICACION . . . .. . . 5.31 APENDICE 5.2 TRAFICABILIDAD . .. . .. .. . .. . .. .. .. . .. . .. . .. .. .. . .. .. . .. .. . .. .. ... .. . .. .. . . .. .. . .. .. .. .. .. .. . . 5.33

CAPITULO 6.- EQUIPOS DE EXCAVACION Y CARGA. PALA CARGADORA

6.1 OBJETO Y DEFINICION . . . 6.1 6.2 CARGADORAS DE RUEDAS ... 6.1 6.3 CARGADORAS DE CADENAS . . . 6.2 6.4 ESCARIFICADOR DE LAS CARGADORAS DE CADENAS . . . 6.3 6.5 PARAMETROS CARACTERISTICOS GEOMETRICOS ... 6.4

6.5.1 ALTURA DE DESCARGA ... 6.4 6.5.2 ALCANCE . . . .. . . .. . .. . .. . . .. . . . .. . . .. . .. . . .. . . .. . . .. .. . . .. . . .. . .. . . .. . . .. .. . .. .. . . .. . .. . . 6.4 6.6 PARAMETROS CARACTERISTICOS DINAMICOS ... 6.5 6.6.1 CARGA DE VUELCO .. .. . .. . .. .. .. .. . .. . .. .. ... .. . . .. . .. .. .. . .. .. .. .. . .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. . 6.5 6.6.2 CARGA MAXIMA OPERACIONAL .. .. . .. . .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. .. . 6.5 6.6.3 CAPACIDAD DE ELEVACION DEL SISTEMA HIDRAULICO ... .. .... ... . ... ... 6.5 6.6.4 FUERZA DE ARRANQUE . . . . .. . . . .. . . .. . . .. . .. . . .. .. . . .. . . .. . . ... . . .. . . 6.6 6.7 CICLO DE TRABAJO .. . .. . .. . .. .. . .. . .. . .. .. . .. .. . .. .. .. . .. . .. . . . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. . .. .. . .. .. .. . . .. . .. .. . 6.8 6.8 FORMA DE CARGA .. .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. .. . . .. . .. . .. . . .. . . .. . .. . . .. . . .. . .. . . . .. .. . .. . . .. . . 6.9 6,9 PRODUCCION ... 6.10 6.10 CAMPO DE APLICACIONES .. . .. .. .. .. . .. . ... .. .. .. .. .... . ... .. . .. .. . .. .. .. . .... . .. .. .. . .. .... .. . .. .. .. . 6.14 6.10.1 CARGADORAS DE RUEDAS .. . .. .. .. . .. . ... . . .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .... . .. .. . .. . .. .. 6.14

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6.10.2 CARGADORAS DE CADENAS ... . 6.15 ₍ 6.10.3 COMPARACION DE CARGADORAS ... . 6.15 (

6.11 COMPARACION ENTRE CARGA CON CARGADORA Y EXCAVADORA HIDRAULICA ... . 6.17 ⁽ 6.12 UTILIZACION DE LA CARGADORA EN ARRANQUE ... . 6.18

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6.13 RETROCARGADORAS ... . 6.18

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6.14 MINI CARGADORAS ... . 6.20 _{ 6.15 CARGADORAS DE TUNEL DE BAJO PERFIL TIPO L.H.D. . ... . 6.21 ⁽ 6.16 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS ... . 6.22

C.P. 6.1 UTILIZACION DE LA CARGADORA DE CADENAS CON ESCARIFICADOR EN ⁽

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ARRANQUE ... . 6.22

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C.P. 6.2 CORTE TIPICO DE UN VACIADO EN MADRID Y EXCAVACION CON (

CARGADORA ... . 6.23 ⁽ C.P. 6.3 DATOS PRACTICOS DE PRODUCCION EN OBRA ... .. 6.24 ⁽ C.P. 6.4 COMPARACION ENTRE RETRO Y CARGADORA EN EXCAVACION ... . 6.24 ⁽ APENDICE 6.1 INDICADOR DE PESAJE DINAMICO EN CARGADORAS ... . 6.25

APENDICE 6.2 LA ELECTRO NI CA EN LAS CARGADORAS ... . 6.26

.CAPITULO 7.- EQUIPOS DE CARGA Y ACARREO. MOTOTRAILLAS

7.1 OBJETO ... . 7.1 ⁽ 7.2 TIPOS DE TRAILLAS ... . 7.1

7.3 PARTES ESTRUCTURALES ... . 7.2 7.3.1 ELEMENTO TRACTOR Y TRANSMISIONES ... .. 7.2

7.3.2 CAJA 7.3

7.3.3 SUSPENSION ... . 7.4 7.4 CICLO DE TRABAJO DE LAS TRAILLAS ... . 7.4 7.4.1 CARGA ... . 7.5 7.4.2 ACARREO ... . 7.6 7.4.3 DESCARGA ... . 7.6 7.5 METODOS DE EXCAVACION ... . 7.7 7.6 FORMACION DE TALUDES Y ZANJAS ... . 7.7 7.7 TECNICAS DE EMPUJE DEL TRACTOR EMPUJADOR ... . 7.8 7.8 CICLO DE TRABAJO DEL EMPUJADOR ... .. 7.9 7.9 MOTOTRAILLA CON ELEVADOR DE PALETAS ... . 7.10 7.9.1 CARGA ... . 7.11

7.9.2 DESCARGA 7.12

7.10 MOTOTRAILLAS DE DOS MOTORES (EMPUJE-ARRASTRE) ... .. 7.13 7.11 UTILIZACION Y COMPARACION DE MODELOS DE MOTOTRAILLAS ... . 7.14

7.12 PRODUCCION 7.17

4

7.15 APLICACIONES 7.16 VENTAJAS

7.20 7.20 7.17 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS . ... . . . ... . . ... . . .. . . ... . . ... ... . . 7.22 APENDICE 7.1 TRAFICABILIDAD . . . .. . .. . . .. . .. . . .. . . .. . . . ... . . .. . . 7.35 APENDICE 7.2 SOLUCION ANALITICO-GRAFICA DEL COSTE MINIMO... 7.36

CAPITULO 8.- EQUIPOS DE EXCAVACION EN POSICION FIJA.

EXCAVADORAS IDDRAULICAS

81 OBJETO Y DEFINICION . . . 8.1 8.2 TIPOS ... .... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .... ... .... ... ... 8.1 8.3 EQUIPO DE TRABAJO ... 8.4 8.3.1 EQUIPO DE EMPUJE FRONTAL... 8.6 8.3.2 EQUIPO RETRO . . . 8.6 8.3.3 EQUIPO DE BRAZO TELESCOPICO . . . . .. . . 8.6 8.3.4 EQUIPO BIVALVA ... 8.7 8.3.5 EQUIPO DE MANDIBULAS HIDRAULICAS . . . 8.8 8.3.6 OTROS EQUIPOS . . . 8.9 8.4 MARTILLOS ROMPEDORES HIDRAULICOS (M.R.H.) . . . .. . . 8.9 8.5 CAPACIDADES DEL CAZO . . . .. . . 8.12 8.6 FUERZA DE EXCAVACION ... 8.12 8.7 FUERZA DE EXCAVACION Y PESO DE LA EXCAVADORA . . . . .. . . 8.15 8.8 METO DOS DE EXCA VACION Y CARGA . . . 8.15 8.9 CICLOS DE TRABAJO . . . .. . . 8.18 8.10 PRODUCCION . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . 8.19 8.10.1 FACTORES . . . ... . . .. . . ... ... ... . . .. . . .. ... . . . ... . .. . . ... .. . . .. . . .. . . ... . . .. 8.19 8.10.2 PRODUCCION HORARIA ... 8.21 8.10.3 INFLUENCIA DE LOS DESPLAZAMIENTOS . . . .. . . .. . . 8.23 8.11 SISTEMA HIDRAULICO Y LA ELECRONICA . . . 8.25 8.12 MINIEXCAVADORAS ... ... 8.27 8.13 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS . . . .. . . . .. . . . .. .. .. . . . .. . .. . . 8.29 APENDICE 8.1 NUEVA GENERACION DE M.R.H. . . . 8.34 APENDICE 8.2 PLUMA DE DOS PIEZAS. VENTAJAS E INCONVENIENTES . . . 8.35 APENDICE 8.3 VARIABLES DE COMPARACION DE EXCAVADORAS. RANGO DE MODELOS 8.36 APENDICE 8.4 EXCAVACION DE TUNE LES. MAQUINARIA . . . .. . . 8.38 APENDICE 8.5 EJEMPLO DE EXCAVACION DE UN DESMONTE . . . 8.41

5

CAPITULO 9.- EXCAVADORAS DE CABLES

9.1 TIPOS ... . 9.2 TIPOS MOVILES ... . 9.3 DRAGALINA ... .

9.1 9.1 9.3 9.3.1 EQUIPO DE TRABAJO . .. . . . .. . . . .. . .. . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . . . 9.4 9.3.2 CICLO DE TRABAJO . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . .. . .. . .. . . .. . .. . .. . . .. . .. . .. . . 9.5 9.3.3 UTILIZACION . . . .. . . . .. . . .. .. . . . .. . . .. .. .. . .. . . .. .. . ... . .. . .. . . .. .. . . .. . . 9.7 9.3.4 PRODUCCION ... ... 9.8 9.4 CUCHARA BIVALVA ... ... 9.9 9.5 GRUA . . . .. . . .. . . 9.10 9.6 EXCAVADORAS ESTACIONARIAS (SCRAPERS) ... 9.11 9.7 SCRAPER DE ARRASTRE MONOCABLE . . . .. . .. .. . .. . . . .. . . .. .. . . .. . . .. . . .. . . . .. . . ... . . 9.11 9.7.1 PARTES ESTRUCTURALES . . . ... . . .. . . .. .. ... ... . . .. . . ... . . ... . 9.11 9.7.2 EQUIPO DE TRABAJO .. .. . .. .. . .. . . . .. . . .. . ... .. . ... .. . . ... .... . . ... . . .. . .. . ... . .. . 9.11 9.7.3 CICLO DE TRABAJO .. . . .. .. . . ... .. . . . .. .. . .. . . .. . .. . .. . ... . ... .. .. . .. ... ... . .. ... ... .. ... .. .. . .. 9.13 9.7.4 FORMA DE TRABAJO ... 9.13 9.7.5 PRODUCCION . . . .. . . ... .. . . ... . . . ... .. . . .. .. ... . . .. .. . . .... . . . .. . . .. ... .. 9.14 9.8 SCRAPER DE TRANSPORTE AEREO ... 9.15 9.8.1 PARTES ESTRUCTURALES . . .. .. .. . . .. .. . .. . . .. . . ... . . .. . . .. . . . .. . . .. 9.16 9.8.2 EQUIPO DE TRABAJO .. ... ... ... ... .. .... ... .. .. . 9.16 9.8.3 FORMA DE TRABAJO . . . .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. . . . 9.17 9.9 CASO PRACTICO DE DRAGALINAS ... 9.18

CAPITULO 10.- ZANJAS. EQUIPOS DE EXCAVACION DE CARGA CONTINUA. ZANJADORAS. ENTIBACION DE ZANJAS

10.1 ZANJADO RAS. OBJETO . . . 10.1 10.2 PROBLEMÁTICA DE LAS ZANJAS EN RELACIÓN CON LA MAQUINARIA

Y PROCESO CONSTRUCTIVO . . . 10.2 10.3 TIPOS DE ZANJADO RAS .. . . .. . . .. . .. . . .. . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . . .. . . .. . . 10.4 10.4 ZANJADO RAS DE BRAZO INCLINABLE . . . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . 10.5 10.5 CORTADORAS DE DISCO CON PICAS . . . .. . . .. .. . . .. . . .. . . 10.6 10.6 ZANJADO RAS DE RUEDA . . . .. . . .. . . .. .. . . .. . . .. . . .. . .. . .. . . 10.7 10.7 COMPARACIÓN ENTRE ZANJADORAS Y RETRO ... 10.8 10.8 ENTIBACIÓN DE ZANJAS EN TIERRA . . . .. . . . .. . . .. . . 10.9 10.9 PROCESO MECANIZADO DE ENTIBACIONES ... 10.10 10.9.1 TERRENOS ESTABLES . . . ... . .. . . .. .. . . .. . . 10.10 10.9.2 TERRENOS INESTABLES . . ... . . ... .. .. .. . . . .. . .. . . .. . .. . . .. . ... . . .. . ... .. .. . . .. .. . ... . . 10.10 10.9.3 ANCHO DE BLINDAJES . . .. .. . . .. . .. . .. . .. .. . . .. . .. . . . .. .. . .. . . .. . . .. . . .. . ... . . .. . . .. 10.11

6

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10.13 COLOCACION DE TUBERIAS Y CONDUCCIONES SIN ZANJAS ... ... .. . ... .. ... ... .. 10.15 10.13.1 PERFORACION DIRIGIDA DESDE SUPERFICIE ... .. .. .. .. .. .. .. . .. . . .. .. .. . .. .. ... ... .. .. 10.15 10.13.2 PERFORACION MEDIANTE HELICE CONTINUA DESDE FOSO ... 10.17 10.13.3 PERFORACION CON MARTILLO DE FONDO (TOPO) ... 10.17 10.13.4 MICROTUNELADORA .. .. .. ... .. .... . .. . . . .. .. .. .... ... .. . . .. .. . ... . . .. . .. .. . . 10.18 10.14 CASOS PRÁCTICOS .. ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... 10.15

CAPITULO 11.- ACARREO. CAMIONES Y DUMPERES

11.1 MEDIOS DE ACARREO .. .. . .. . . ... .. .. .. . . .. . . . .. .. . .. . . ... .. . .. . . .. . . 11.1 11.2 CAMIONES BASCULANTES ... .... 11.1 11.3 SEMIREMOLQUES BASCULANTES . . . 11.2 11.4 CAMIONES DUMPER... 11.3 11.5 DUMPERES EXTRA VIALES .. . . . .. . .. .. .. .. . .. .. . .. . .. .. .. . .. .. . . .. . . .. . . . .. . . .. . .. . . .. .. .. 11.4 11.5.1 CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES . . . 11.4 11.5.2 DUMPERES ARTICULADOS. COMPARACION CON RIGIDOS . .. .. . . .. . .. . . . .. . . . .. .. . . 11.7 11.5.3 RAZONES DE UTILIZACION .. .. .. .. . .. . .. . .. .. .. .. .. . . . .. . .. . . .. . . . .. .. . . .. . . .. .. .. .. .. . .. . 11.9 11.5.4 CRITERIOS DE SELECCION DE DUMPER O CAMION . . . 11.9 11.6 CICLO DE TRABAJO DE LA UNIDAD DE ACARREO .. .. . . . .. .. .. .. .. .. . . . .. . . .. . . .. .. .. .. .. .. .. . . .. . 11.9 11.6.1 TIEMPOS FIJOS . .. .. . .. . .. .. .. . . .. ... . . . .. .. .. .. . ... .. . . .. .. .. .. . .. .. .. .. . . 11.10 11.6.2 TIEMPO VARIABLE ... ... ... ... ... ... 11.11 11.7 RELACION ENTRE EQUIPOS DE ACARREO Y CARGA ... 11.12 11.8 PRODUCCION DE LA UNIDAD DE ACARREO . . .. .. . . .. ... . . .. .. . .. . .. . ... .. . .. . . .. . . . .. .. . . .. .. .. 11.14 11.9 FACTOR DE ACOPLAMIENTO, MF... 11.14 11.10 CALCULO DEL Nº DE VEHICULOS NECESARIOS . . . .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . 11.15 11.11 PISTAS DE OBRA Y SU MANTENIMIENTO . . . . .. . . ... . . . .. . . .. . .. . .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. .. .. .. . . . 11.16 11.12 MOTOVOLQUETES DE OBRA ... .. 11.17 11.13 COMPARACION ENTRE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE ACARREO ... 11.18 11.14 TRANSPORTE DE MAQUINAS PESADAS ... 11.19 11.15 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS . . . .. . . 11.20 APENDICE 11.1 TRAFICABILIDAD DE LAS PISTAS . . .. . .. .. .... .. .. .. ... ... . .. .. .. .. .. .. . .. . . . .. .. . . .. . 11.22

CAPITULO 12.- NIVELACION. LA MOTONIVELADORA

12.1 FUNCIONES Y APLICACIONES . . . .. .. . .. . ... .. .. .. .. . . . .. .. .. .. .. .. . . .. . .. .. . .. .. . . .. . .. . .. . . 12.1 12.2 PARTES ESTRUCTURALES... 12.2 12.3 MOTOR Y TRANSMISIONES . . . 12.4

7

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12.4 BASTIDOR.MAQUINAS ARTICULADAS ... . 12.4 ₍ 12.5 RUEDAS TRASERAS ... . 12.5 ⁽ 12.6 RUEDAS DELANTERAS ... .. 12.5 ⁽ 12.7 EQUIPO DE TRABAJO ... . 12.7 ⁽

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12.7.1 BARRA DE TIRO ... . 12.7

12.7.2 CIRCULO DE CORONA ... . 12.7 (

12.7.3 HOJA VERTEDERA Y MOVIMIENTOS ... .. 12.8 ⁽ 12.7.4 CONTROL DE MOVIMIENTOS DE LA HOJA ... .. 12.10

12.7.5 OPCIONALES ... . 12.11 12.8 SISTEMA DE TRABAJO ... . 12.12 12.9 PRODUCCION ... . 12.13

CAPITULO 13.- EXTENDIDO Y COMPACTACION

⁽

13.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACION .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. . . .. . .. .. .. .. .. .. . . .. . .. . . . 13.1 13.2 DENSIDADES. . . . 13.3 13.3 ENERGIA DE COMPACTACION ... ... 13.6 13.4 LA COMPACTACION SEGUN LA ESTRUCTURA FISICA Y PARAMETROS DE LOS SUELOS 13.9 13.4.1 SUELOS PERMEABLES . . . .. . . . .. . .. . . .. . . .. . . .. . .. . . .. . ... . .. . .. . . .. .. . . ... . . ... . . 13.11 13.4.2 SUELOS IMPERMEABLES ... 13.11

13.5 TERRAPLENES 13.12

13.6 FINOS . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . .. . . .. .. .. . . . .. . . .. . . 13.13 13.6.1 IDENTIFICACION DE FINOS . . . 13.14 13.6.2 ANALISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL . . . .. . . 13.15 13.6.3 SUELOS PLASTICOS ... ... ... ... ... .. .. 13.16 13.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS... 13.17 13.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLASTICOS ... 13.18

13.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA .. .. .. .. ... .. . .. . .. .. .. .. 13.18 l 13.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. 13.19

13.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. .. .. .... .... .. . .. .. .. .. . 13.20

13.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES .. .. .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. 13.23 l 13.9 PEDRAPLENES ... ... ... ... .... ... 13.23

13.10 MATERIAL TODO UNO .. . .. . .. . .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. . . .. . .. . ... .. .. .. .. . 13.24 13.11 PAQUETE DEL FIRME . . . .. . .. . .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. . .... . .. .. . .. .. .. .. .. . .. .. .. . .. .. .. . .. . 13.25 13.11.1 EXPLANADA . . . .. . . .. . . . .. . .. .. .. . .. .. . . .. . .. . ... .. ... . .. . .. .. ... . .... . .. .. .. .. . .. . . .. . .. 13.25 13.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES .. .. .. .. .. .... .. .. ... .. .. . .. .. .. .. . .. . .. .. .. .. .... .. .. .. .. .. .... .. .. 13.26 13.12 UTILIZACION DEL COMPACTADOR DE NEUMATICOS Y EL DE TAMBORES

VIBRATORIOS . . . .. . . .. . .. .. . .. .. . . .. . .. . . .. . . .. .. . . .. . . .. . . 13.27

8

13.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES ... 13.29 13.15 RANGO DE ESPESORES Y METODO DE COMPACTACION EN MOV. DE TIERRAS ... 13.29 13.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACION DE LA PRODUCCION ... 13.30 13.17 CASOS PRACTICOS Y EJERCICIOS... 13.33 C.P. 13.1 RENDIMIENTOS DE OBRAS ... .... 13.33 APENDICE 13.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACION (METODO FRANCES) .. .. . . 13.36 APENDICE 13.2 NORMAS Y EQUIVALENCIA DE UNIDADES . . . .. .... ... .. . . . .. . . .. .. .. . . .. .. .. .. . . 13.38

CAPITULO 14.- ANEXO l. INTRODUCCION A LA COMPACTACION VIBRATORIA

14.1 METODOS DE COMPACTACION .... .. .. .... .. .. ... . .. .. .. .. . ... .. .. .. ... ... .. .. . .. . . .. .. .. .. . . .. . . ... 14.1 14.2 SISTEMA DE VIBRACION DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS ... 14.2 14.3 PARAMETROS DE UN COMPACTADOR VIBRATORIO DE SUELOS . .. .... ... . .. . ... . . 14.2 14.4 FRECUENCIA DE VIBRACION... 14 .. 3 14.5 FRECUENCIA DE RESONANCIA . .. .. . .. . . .. . .. . . .. . . .. .. .. . . .. . . .. . . .. . . 14 .. 4 14.6 AMPLITUD DEL MOVIMIENTO VIBRATORIO . . . . .. . . .. .. . .. .. .. .. .. . .. . . .. . .. . .. .. . .. . 14 . .4 13.4.1 SUELOS PERMEABLES . . . .. . . 14.11 13.4.2 SUELOS IMPERMEABLES . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . 14.11 14.7 FUERZA CENTRIFUGA Y FUERZA APLICADA . . . .. . . .. . . 14 .. 4 14.8 IMPACTO Y ONDAS DE PRESION . . .. . . .. . . .. . .. .. . . .. . . .. . . .. .. . .. .. .. .. . . .. . . .. .. .. . . .. .. .. 14 .. 4 14.9 ESPACIAMIENTO ... ... 14 .. 4 14.10 EFECTOS PRINCIPALES QUE PRODUCE LA VIBRACION EN EL SUELO . . . 14.8 14.11 SISTEMAS VIBRATORIOS . .. .. . . . .. . . .. . . .. ... . . .. . . .. . . .. . .. . .. . . . .. . . .. . . .. . . ... ... . . 14.9 14.11.1 VIBRACION CIRCULAR .. . ... .. .. . . .. . . .. . . .. . . .. ... ... ... . ... .. .. .. . . .. .. . . . 14.9 14.11.2 DOBLE VIBRACION CIRCULAR . .. .. . . .. . . ... .. .. .. . .. .. .. . . .. . .. . . .. .. . . .. .. .. . . .. . 14.10 APENDICE 14.1 COMPACTADO RES DE ALTO IMPACTO .. .. .. .. . . . .. . . .. . ... . . .. . .. . . . .. . . .. . .. .. . .. . .. 14.10 APENDICE 14.2 MEDIDOR CONTINUO DE COMPACTACION .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. . . ... .. .. . 14.12 BIBLIOGRAFIA DE EXTENDIDO Y COMPACTACION .. .. . . ... .. .... .. . . .. . .. . ... . . ... ... . .. . .. . . 14.12

ANEXO 2. PROCEDIMIENTOS DE MEJORA DEL TERRENO POR VIBROFLOTACION Y VIBROSUSTITUCION

14.12 APLICACIONES . .. .. .. . . . .. .. . .. .. .. . . .. . . .. . .. .. . .. .. .. .. . . .. .. . . . .. . . .. .. . . 14.13 14.13 VIBROFLOTACION .. . .. . ... .. .... ... . . .... .. .. .. . . . ... .. . ... .. . .. .. .. ... .. . .. . .. ... . ... . .... . . .. 14.13 14.14 VIBROSUSTITUCION ... 14.17

9

CAPITULO 15.- DIAGRAMA DE MASAS ... .. ... ... .. ... ... ..

CAPITULO 16.- LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

16.1 PREVENCION ... .

15.1

16.1 16.2 OBRAS DE TUNEL ... ... 16.1 16.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES ... 16.2 16.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD . . . 16.3 16.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO . . . 16.5 16.5.1 LINEAS ELECTRICAS ... 16.5 16.5.2 SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS . . . .. . . .. .. .. .. . . .. . . .. .. . . .. . . 16.6

CAPITULO 17.- EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS

17.1 PROTECCION DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLOGICAS 17.1

17.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRAS ... 17.2

10

r

(

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r

( (

( ( ( ( (

l

CAPITULO 1

CAMBIOS DE VOLUMEN EN MOVIMIENTOS DE TIERRAS.

1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.

Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria.

Las operaciones del movimiento de tierras en el caso más general son:

- Excavación o arranq uc.

- Carga.

- Acarreo.

- Descarga.

- Extendido.

- Humectación o desecación.

- Compactación.

- Servicios auxiliares (refinos, sancos, etc.).

Los materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que se denominan bancos, en perfil cuando están en la traza de una carretera, y en préstamos fuera de ella. La excavación consiste en extraer o separar del banco porciones de su material.

Cada terreno presenta distinta dificultad a su excavabilidad y por ello en cada caso se precisan medios diferentes para afrontar con éxito su excavación.

Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de carga. Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la operación de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc.

Para su aplicación en obras públicas, es frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor aproximadamente uniforme, mediante la operación de extendido.

De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los terrenos naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecánico adecuado, una protección frente a la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada compactación, que debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades indicadas.

A través de los sucesivos capítulos del libro se expondrán las distintas operaciones que comporta el movimiento de tierras, prestando atención a la maquinaria que actualmente se emplea, sus ciclos de trabajo y producciones, con ejercicios y casos prácticos.

1.2

1.2 OBJETO DEL CAPITULO.

El estudio de los cambios de volumen tiene interés porque en el proyecto de ejecución de una obra de movinúento de tierras, los planos están con sus magnitudes geométricas, y todas las mediciones son cubicaciones de m³ en perfil y no pesos, ya que las densidades no se conocen exactamente. Los terraplenes se abonan por m³ medidos sobre los planos de los perfiles transversales.

Los materiales provienen de industrias transformadoras, graveras, canteras, centrales de mezclas, o de la propia naturaleza. En este caso el material ha sufrido transformaciones, y ha pasado de un estado natural en banco o yacimiento a un perfil, mediante las operaciones citadas anteriormente.

En la excavaciones hay un aumento de volumen a tener en cuneta en el acarreo, y una consolidación y compactación en la colocación en el perfil.

En los medios de acarreo hay que considerar la capacidad de la caja en volumen y en toneladas, y elegir la menor de acuerdo con la densidad.

1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN.

Los terrt:nos, ya sean suelos o rocas mas o menos fragmentadas, están constituidos por la agregación de partículas de tamaños muy variados. Entre estas partículas quedan huecos, ocupados por aire y agua.

Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así mismo el volumen de huecos.

Es decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente.

Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción de terreno, y su volumen aparente:

d

a =

d1 = densidad aparente.

v.

= volumen aparente.

M

=

masa de las partículas + masa de agua.

El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalemnte mediante acciones mecánicas

( ( ( ( (

( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (

(

( ( (

sobre los terrenos. Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumenlo del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico ( disminución mediante apisonado).

La figura 1.1 presenta esquematicamente la operación de cambio de volumen.

Material en banco Material suelto Material compactado

Fig.1.1

En la práctica se toma como referencia 1 m ³ de material en banco y los volúmenes aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a ese m³ inicial de terreno en banco.

La figura 1.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m³ de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras.

Mientras no se produzcan pérdidas o adición de agua, una porción de suelo o rocas , mantendrá constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta constante la masa de la porción de terreno que se manipula.

En el movimiento de tierras esta limitación se satisface muy pocas veces (evaporación, expulsión de agua durante el apisonado, adición de agua para facilitar el apisonado, cte.), por lo que la ecuación anterior no es de aplicación general.

1.4

VOLUMENES APARENTES

EXCAVACION CARGA TRANSPORTE

VOLUMEN

EN BANÓJ l 'o

~.ffiin

VOLADA 2,0

CARGADA

1

1,25 a _l,50

Fig. 1.2

COMPACTACION

PISADA

COMPACTADA

MACHAQUEO PRIMARIO

~

TRITURl,CION

1,30 : · · l , 4 0 ~

~

::~ ~~·'.:f~~}f:-li.

1 ,.20 a l, 30

En adelante se entenderá que los conceptos de volumen y densidad se refieren a volumen aparente y densidad aparente, aunque se omita el adjetivo aparente.

La Figura .1.3 indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones movimiento de tierras comentados en el apartado 1.1.

0-1 Volumen en banco 1-2 Excavación o voladura 2-3 Carga

3-5 Acarreo

5-6 Descarga-extendido 6-7 Compactación

Peso

6

Fig. 1.3 Volúmenes y densidades en el movimiento de tierras.

1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.

del

Al excavar el material en banco, éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen.

Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios.

(

( ('

( ( (

( ( ( ( ( (

(

(

(

(

(

(

En todo momento se debe saber si los volúmenes de material que se manejan corresponden al material en banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose, S).

Se denomina factor de esponjamiento (Swell factor) a la relación de volúmenes antes y después de la excavación.

F w =

Fw

=

factor de esponjamiento (sweel)

V 8

=

volumen que ocupa el material en banco V s = volumen que ocupa el material suelto d8

=

densidad en banco

d5

=

densidad del material suelto.

Se tiene que,

El factor de esponjamiento es < 1 . Sin embargo si en otro texto figura otra tabla con factores > 1, quiere decir que están tomando la inversa, o sea p' = V 5 / V 8 y si se desean empicar las fórmulas expuestas aquí, deben invertirse.

Otra relación interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento. Se denomina así al incremento de volumen que experimenta el material respecto al que tenía en el banco, o sea:

Sw % de esponjamiento

s

w =

V - V

S B X 100

VB

O en función de las densidades:

Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco y en material suelto. Para volúmenes se tiene:

dB = ( Sw ⁺ 1) x d

100 ⁸

1.6

Para densidades resulta:

dB = (-W-

s

+ 1) X d

100 s

El % de esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados:

1

s

( 10~ + 1) X ds ⁺ 1

y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de esponjanúento, y viceversa, sin más que operar en la expresión anterior.

EJ1 la tabla 1.1 aparecen los valores de Fw y Sw característicos de distintos materiales frecuentes en movimiento de tierras.

1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION.

Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enérgicamente para conseguir un comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas. Este proceso se conoce genéricamente como compactación y consolidación del material (Shrinkage).

La compactación ocasiona un11 disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la cantidad de material necesaria para costruir una obra de tierras de volumen conocido.

Se denomina factor de consolidación a la relación entre el volumen del material en banco y el volumen que ocupa una vez compactado.

Fh = factor de consolidación (shrinkage) V e

=

volumen de material compactado.

Si en el proceso de compactación y consolidación no ha habido pérdida ni adición de agua (lo que es poco frecuente), el factor de consolidación puede expresarse según Ya x dª

=

M de la forma:

Fh

=

^{factor de} consolidación.

d8

=

densidad del material en banco.

( ( ( (

(

( ( ( (

( (

(

(

(

Otra relación interesante es la que llamaremos % de consolidación. Expresa el % que representa la variación de volumen del material en banco al material compactado, respecto al volumen del material en banco, multiplicada por 100:

Con ello la relación entre volumen en banco y volumen del material compactado queda:

V _B = 1 -

1

Sb % de consolidación.

Si en el proceso de compactación y consolidación no hay pérdida ni adición dv agua (lo que no es frecuente) es de aplicación la expresión Va x da = M y el % de consolidación puede expresarse como:

de - dB

Sh

= - --

X 100 de

Sh

=

% de consolidación

En este caso la relación entre densidades es:

En cualquier caso, de las expresiones del factor de consolidación y el % de consolidación se deduce que estos están relacionados por la expresión:

1 1 -

1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR.

En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw, Sw, para poder calcular con exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el material en las distintas operaciones.

A falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen en la labia 1.1.

1.8

MATERIAL d1 (t/m3)

d¡¡ (

t/m3)

Sw

(%) Fw

CALIZA 1,54 2,61 70 0,59

ARCILLA: Estado natural 1,66 2,02 22 0,83

Seca 1,48 1,84 25 0,81

Húmeda 1,66 2,08 25 0,80

ARCILLA Y GRAVA: Seca 1,42 1,66 17 0,86

Húmeda 1,54 1,84 20 0,84

ROCA ALTERADA:

75% Roca - 25% Tierra 1,96 2,79 43 0,70

50% Roca - 50% Tierra 1,72 2,28 33 0,75

25% Roca - 75% Tierra 1,57 1,06 25 0,80

TIERRA: Seca 1,51 1,90 25 0,80

Húmeda 1,60 2,02 26 0,79

Barro 1,25 1,54 23 0,81

GRANITO FRAGMENTADO 1,66 2,73 64 0,61

GRAVA: Natural 1,93 2,17 13 0,89

Seca 1,51 1,69 13 0,89

Seca de 6 a 50 mm. 1,69 1,90 13 0,89

Mojada de 6 a 50 mm. 2,02 2,26 13 0,89

ARENA Y ARCILLA 1,60 2,02 26 0,79

YESO FRAGM~TAOO 1,81 3,17 75 0,57

ARENISCA 1,51 2,52 67 0,60

ARENA: Seca 1,42 1,60 13 0,89

Húmeda 1,69 1,90 13 0,89

Empapada 1,84 2,08 13 0,89

TIERRA Y GRAVA: Seca 1, 72 1,93 13 0,89

Húmeda 2,02 2,23 10 0,91

TIERRA VEGETAL 0,95 1,37 44 0,69

BASALTOS O DIABASAS FRAGMENTADAS 1,75 2,61 49 0,67

NIEVE: Seca 0,13

--- -- ---

Húmeda 0,52

--- -- ---

Tabla 1.1 Densidades y cambios de volumen.

Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la capacidad

l ( ( (

( (

( ( (

(

(

(

( ( ( ( (

(m³⁾ que cada vehículo tiene, smo considerar su carga máxima. Para no sobrepasada es necesano conocer la densidad del material que se transporta.

En la tabla J .1 se exponen las densidades del material en banco y suelto, para los casos más frecuentes del movimiento de tierras. Respecto al transporte, ba de considerarse la densidad del material suelto.

1.7 CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS.

La compactación en obra se realiza sobre capas de material, previamente extendido, que se conocen con el nombre de tongadas.

El efecto de la compactación sobre la tongada se refleja exclusivamente en la disminución de alttrra, puesto que sus dimensiones horizontales apenas vanan.

En la figura 1.4 se observa como al compactar una tongada de material (capa rayada en el dibujo), su anchura "a" y su longitud "l" no varían, mientras que su espesor "hL" pasa a ser, por efecto de la compactación, "he"·

Fig. 1.4

Por lo anterior queda claro que el cambio de volumen del material está fielmente reflejado en el cambio de altura de la tongada.

Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en perfil, o sea después de la compactación he , conviene conocer la relación entre he y hL para extender las tongadas con el espesor hL adecuado.

1.10

Se denomina disminución de espesor a la relación entre la diierencia de espesor producida por la compactación y el espesor inicial, multiplicada por 100:

hL - he

= - - - X 100 hL

Se = % de disminución de espesor (en obra lo llaman impropiamente esponjamiento).

h, = espesor inicial de tongada

he

=

espesor de la tongada después de la compactación

La disminución de espesor depende del tipo de material, métodos de compactación, etc.

Sin embargo, en los materiales granulares (gravas, frecuentes en la compactación

sensibilidad a la humedad, aproximadamente el 20 %

En el caso general:

debido a su excelente etc., se ha observado

100 -

se

= hL X

100

suelos-cemento, zahorras, etc.) muy comportamiento mecánico, su escasa

que la disminución de espesor es

Cuando se trata de terrenos granulares (Se "' 20, hay que comprobarlo en cada caso en la obra):

O bien:

Estas consideraciones hao de tenerse presentes en la operación de extendido con motoniveladoras o extendedoras, es decir, que la producción de una motoniveladora en extendido (material suelto) no coincide con la del compactador (material compactado).

(

('

( ( (

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(

( ( ( ( ( ( ( ( (

CAPITULO 2

ECUACION DEL MOVIMIENTO

2.1 OBJETO DEL CAPITULO.

El objeto de este capítulo es la determinación de la velocidad de traslación a la que pueden funcionar las máquinas de movimiento de tierras durante su trabajo. Para dicho cálculo será necesario conocer las características de la máquina (peso, potencia) y las del terreno sobre el que se desplaza y su pendiente.

En este capítulo se estudiarán los tipos de tracción de las máquinas y los tipos de resistencia al movimiento.

2.2 ESFUERZO TRACTOR.

2.2. l TRACCION DISPONIBLE.

RUEDA MOTRJZ

MOTOR

TRACCION DISPONIBLE (T 0 )

Tn = F = Poi / V

Fig. 2.1

U na máquina dispondrá de una potencia para desplazarse producida por el motor (unidad motriz) y que se aplicará en las ruedas motrices mediante la transmisión.

Al esfuerzo, producido por el motor y la transmisión, se denominará tracción disponible o esfuerzo de tracción a la rueda, siendo ésta el diámetro total del neumático, o en el caso de cadenas el diámetro de la rueda cabilla (rueda motriz). La definición de esta tracción es, por tanto, la fuerza que un molar puede transmitir al suelo.

La tracción disponible se puede calcular de forma aproximada para cada velocidad de marcha mediante la expresión:

367 x Potencia (KW) x Rend. Transmisión Velocidad (km/h)

2.2

El rendimiento de la transmisión, también llamado eficiencia mecánica, es la relación entre potencia que llega al eje motriz y potencia del motor. Los valores más comunes se encuentran entre el 70% y el 85%.

2.2.2 TRACCION UTILIZABLE.

La máquina en función de su peso dispondrá de una fuerza determinada que se llama tracción utilizable. Esta tracción depende del porcentaje del peso que gravita sobre las ruedas motrices, que es él útil para empujar o tirar del vehículo, y de las superficies en contacto, especialmente área, textura y rugosidad, tanto de las ruedas motrices como del suelo.

PESO (W0 )

,- - - - -,

l r - - - /

~ 1 MOTOR L----1_ _ _ _ _

~ c o s a

TRACCION UTILIZABLE (Tu)

Fig. 2.3 Fig. 2.2

En caso de pendiente sería su componente normal, W Cos a, Fig. 2.3.

Para calcular la tracción utilizable se ha de multiplicar el peso total que gravita sobre las ruedas motrices por e1 factor de eficiencia a la tracción o coeficiente de tracción, cuyos valores más comunes se encuentran en la tabla 2.1.

La tracción utilizable es independiente de la potencia del motor y se calcula mediante la expresión:

Tu ( Kg) ;:: Wn ( Kg) x f r (

en

% )

siendo W O el peso que soportan las ruedas motrices y fT el coeficiente de tracción en %

En el cálculo de la adherencia hay que tener en cuenta el número de ruedas motrices y la carga soportada por las mismas, que se denomina peso adherente.

En los vehículos que llevan ruedas motrices y ruedas portantes se puede admitir en primera aproximación que las ruedas motrices soportan entre 1/2 y 2/3 de la carga total.

( ( (

r

(

'

( ( ( ( ( (

(

(

'

( ( (

FACTORES DE TRACCION

FT

TIPOS DE TERRENO

Hormigón o asfalto Arcilla seca

Arcilla húmeda

Arcilla con huellas de rodada Arena seca

Arena húmeda Canteras

Camino de grava suelta Nieve compacta

Hielo

Tierra firme Tierra suelta Carbón apilado

NEUMATICOS 0,90

0,55 0,45 0,40 0,20 0,40 0,65 0,36 0,20 0,12 0,55 0,45 0,45

Tabla 2.1 Factores de tracción.

CADENAS 0,45 0,90 0,70 0,70 0,30 0,50 0,55 0,50 0,27 0,12 0,90 0,60 0,60

FUENTE CAT PH.

En movimiento de tierras hay tendencia a elegir, siempre que sea posible, maquinaria de tracción total, es decir, tracción a todos los ejes; en el caso de camiones dúmpers y dúmpers articulados, que se verán en el capítulo correspondiente, la tracción puede estar aplicada al eje de dirección y a los posteriores.

Hoy todas las cargadoras son de tracción total, es decir, a los dos ejes, y esto se simplifica con el sistema articulado, en donde la dirección se realiza actuando en la articulación con cilindros hidráulicos, en vez de poner los dispositivos con la complejidad mecánica que llevan los tractores agrícolas con tracción también al eje de dirección delantera, en los cuales no se puede obviar este problema al ser rígidos.

En los tractores y cargadoras de cadenas todo su peso es tracción utilizable.

2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y TRACCION UTILIZABLE

Una vez estudiados los tipos de tracción habrá que ver el movimiento del vehículo.

Dicho movimiento se basa en la reacción de sus ruedas o cadenas sobre el terreno, al cual le transmite el esfuerzo TO que produce el par motor.

Si el esfuerzo de tracción TO es mayor que el esfuerzo máximo de reacción del terreno Tu se produce el deslizamiento, por lo que las ruedas patinan y la máquina avanza menos o puede llegar a detenerse.

Por el contrario cuando Tu es mayor que TO hay adherencia entre ruedas y suelo y el vehículo avanz.a correctamente.

De todo lo anterior se deduce que de 2.4

/

i

Í

~ /

7j,

ADHERENCIA

DESLIZAMIENTO

fT

=

tg f

Fig. 2.4

nada sirve que una máquina tenga un grupo propulsor muy potente ( que desarrolla mucha tracción disponible), si no tiene el peso suficiente para conseguir un esfuerzo tractor (tracción utilizable). Por lo tanto, uno de los criterios de elección de una máquina de movimiento de tierras es el de elegir máquinas con un equilibrio entre el grupo motopropulsor y el peso de la misma. Se entiende por grupo motopropulsor el conjunto de motor y órganos de transmisión con sus reductoras.

2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION

2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA.

Es la resistencia principal que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie plana.

Se admite que es proporcional al peso total del vehículo, y se expresa por:

RR (Kg) = fR (Kg/t) ^X

w

(t) siendo RR:Resistencia a la rodadura

f R: factor de resistencia a la rodadura W: peso del vehículo.

La resistencia a la rodadura depende del tipo de terreno y tipo de elementos motrices, neumáticos o cadenas. Los valores más frecuentemente utilizados se recogen en la Tabla 2.2.

Jli\JA PENETRACION

llAJA RESISTENCIA A LA RODADURA

ALTA PENETRi\CION

ALTA RESISTENCIA A I.A RODADURA

Fig. 2.5

( ( (

(

( ( (

(

( ( ( ( (

RUEDAS

Alta Baja

TERRENO presión"' presión

Hormigón 1 i so . . . . 17 Asfalto en buen estado . . . .

Camino firme,superficie plana, ligera flexión bajo la carga ( buenas condiciones) . . . . Camino blando de tierra(superfi- cie irregular con una penetración de neumáticos de 2 a 3 cm) . . . . Camino blando de tierra(superfi- cie irregular,con una penetración de neumáticos de 10 a 15 cm) .•...

Arena o grava suelta . . . • . . . . • . . • . Camino blando,fangoso,irregular o arenoso con más de 15 cm de

penetración de los neumáticos ..•.

20-32

20-35

50-70

90-110 130-145

150-200

22 25-30

25-35

35-50

75-100 110-130

140-170

* Se puede considerar alta presión> 5 Kg/cm2, llevando ésta dumpers

y

traíllas.

CADENAS

27 30-35

30-40

40-45

70-90 80-100

100-120

Tabla 2.2 Factores de resistencia a la rodadura fR (Kg/t). ^{FUENTE A. DA Y,}

En general cualquier vehículo de ruedas con neumáticos debe vencer una resistencia del orden de 20 kg/t. cuando se desplaza sobre caminos o carreteras donde las cubiertas no acusan ninguna penetración.

Dicha resistencia aumentará en torno a 6 kg/t. por cada incremento de penetración de las ruedas en el terreno de 1 cm.

Esta resistencia también engloba la fricción de los engranajes internos y la flexión lateral de los neumáticos.

Existe una expres1on que calcula, aproximadamente, el coeficiente de resistencia a la rodadura: fR

=

20 + 4h, siendo h la deformación del neumático y el hundimiento del suelo (o huella bajo la carga) medida en centímetros.

De todas formas, decir que hay una resistencia a la rodadura fija para un determinado tipo de carretera o camino es erróneo, puesto que el tamaño del neumático, la presión de inflado y la velocidad hacen variar dicha resistencia. Como en movimiento de tierras las velocidades son menores de 80 Km/h, puede considerarse que no afecta la velocidad. Simplificando, se pueden asignar valores generales a varios tipos de firmes, Tabla 2.2.

2.6

2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE.

Es la componente del peso del vehículo paralela al plano de rodadura. La expresión de dicha resistencia es:

Rp = W

x sen

a. - Rp(kg)

=

1000

x

W(t.)

x sen a

para pendientes de hasta el 20% se puede hacer la siguiente simplificación:

sen a=

tan

a= ____i_ ; i (en%) - Rp(Kg)

= ±10

x i

x W(t)

100 siendo ( +) si el vehículo sube y (-) si baja.

Por consiguiente la resistencia en rampa ( o la resistencia a la pendiente) es de 10 kg/t.

Fig. 2.6

- RESISTENCIA

- TOTAL

RESISTENCIA RESISTENCIA

A LA ROOAOURA A LA PENDIENTE

Fig. 2.7

por cada 1% de rampa (o de pendiente).

Recíprocamente 1 % de pendiente ( o de rampa) equivale a 10 kg/t. de incremento de esfuerzo tractor.

De todo lo anterior se obtiene que la cantidad de kg-fuerza de tracción requeridos para mover un vehículo es la suma de los necesarios para vencer la resistencia a la rodadura y los requeridos para vencer la resistencia a la pendiente, es decir,

R,otal

=IR

^X W ± 10 Xi X W

R,,,t.al (kg) = 10 x W (t) x (

IR

(kg/l) ± i ) 10

donde f R/10 se puede poner como una pendiente equivalente. A continuación se desarrolla una aplicación de las expresiones anteriores.

Dada una máquina cuyo peso es de W = 22 t, la cual se desplaza por una superficie que tiene una pendiente i = -3% y con un coeficiente de resistencia a la rodadura de 50 kg/t que equivale a una pendiente ficticia del 5%, se pide calcular la resistencia total que tiene que

r

( ( ( ( ( ( ( (

'

(

( (

( ( ( ( (

vencer la máquina en sus desplazamientos. Dicha resistencia total será:

R, = 50 kg/t x 22 t - 3% x 22.000 kg= 440 kg o bien R, = 10 x 22 x (5 - 3) = 440 kg

2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION

Es la fuerza de inercia.

Supuesta una aceleración uniforme para pasar de la velocidad v1 a v2 en un tiempo t:

a= -dv dt

La resistencia para acelerar la masa de un vehículo de peso W(t.) será:

para v1 O y v2

=

v quedará:

1000~ lOOO(v2 -v¡) - R = 28 29 W(v2 -v,)

9,81 3600! A ' t

RA (kg) = 28,29 x W (t.) x v (km/h)

t (seg)

También se puede expresar esta resistencia en función de la distancia recorrida por el vehículo, d(m):

2d

sustituyendo este valor de aceleración en la expresión de la resistencia a la aceleración resulta:

w v; - v¡

^{v; (Km/h) -}

v¡

^(Km/h)

RA = - - x - - - = 3,93 x W(t) x - - - - -- - - -

9,81 2d d (m)

Por ejemplo, si un vehículo, desplazándose cuesta abajo, quiere frenar en una distancia d (m), cuando circule a una velocidad v (km/h), el esfuerzo de frenado será:

- 3,93 X W X -v2 d

Esta resistencia a la aceleración es poco importante en movimiento de tierras, pero en el caso de frenado cobra cierta importancia ya que interesa conocer la distancia o el esfuerzo de frenado del vehículo.

2.8

2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE.

Esla resistencia no se suele tener en cuenta dado que las velocidades de los vehículos y maquínaria de obra son pequeñas y se sabe que la resistencia al aire es proporcional al cuadrado de la velocidad. De modo que RAIRE

=

^K x S x V² siendo V (m/s.) la velocidad del vehículo, S la superficie desplazada normal a la dirección del movimiento y K un coeficiente que depende de la forma de la máquina (más o menos aerodinámica) y que está comprendido enlre 0,02 y 0,08.

Sin embargo, contra viento fuerte la resistencia al aire es un factor significativo. La cantidad determinante es el movimiento relativo del aire respecto al vehículo. Si la velocidad de la máquína es de 16 km/h. y la velocidad del aire en sentido contrario es de 64 km/h la velocidad relativa resultante será de 80 km/h. La resistencia al aire deberá tenerse en cuenta para valores de velocidad relativa superiores a 80 km/h.

2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO Y DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES.

Definidas todas las fuerzas que actúan en el movimiento de las máquinas de movimiento de tierras, ahora hay que estudiar las relaciones entre ellas.

Los factores que se oponen al movimiento son:

Resistencia a la rodadura: RR == fR x W Resistencia a la pendiente: Rr == ± 10 x i x W

Resistencia a la aceleración: Racel. == 28,29 x W x v /t ó Racel.

Resistencia al aire: Rai,c = K x S x

v2

3,93 X W X

v2/t

La resistencia total será la suma de todas las anteriores, cuya expresión será:

Rroro1

=

IR

^X

w

^{± 10 X i X}

w

^{+ Ra,el + K X}

s

^{X v2}

Si no se consideran, como se dijo anteriormente, las resistencia a la aceleración y la resistencia al aire resulta:

Rrotal

⁼

/R

^{X W ± 10 X i X W}

El esfuerzo que la máquina debe suministrar a los elementos motrices para superar las resistencias antes enumeradas es el menor de los siguíentes valores:

- Tracción utilizable: Tu == W fT para que exista adherencia y el vehículo avance.

-Tracción disponible: ( es función de la velocidad) T 0 . Esta variará en función de la marcha y

r

( (

(

( (

í

( ( ( ( ( ( ( (

( ( ( (