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Innovaciones Técnicas en la Construcción de Carreteras.
La Maquinaria y su Legislación.
Ponencia 3:
La excavación, Carga y Transporte:
Técnicas actuales
Curso: Innovaciones Técnicas en la Construcción de Carreteras
Ponencia nº 3:
“Excavación, Carga y Transporte: Técnicas actuales”
1.
Composición porcentual del coste de estas actividades
2.
Factores a conside rar en la elección de los equipos
3.
a.
Producción necesaria
b.
Excavabilidad: su prospección
c.
Compensación de las “tierras”
d.
Camino de rodadura
e.
Puntos infranqueables
f.
Concordancia de equipos
g.
Coste de los distintos equipos
Equipos para la ejecución del arranque y carga
a.
Tierra
b.
Tránsito
c.
Roca
4.
Equipos para el transporte de los mate riales excavados
5.
Rendimientos de las máquinas de carga
6.
Cálculo de los vehículos necesarios
Movimiento de Tierras
EXPLANADA
MVTO. DE TIERRAS
Es el conjunto de trabajos necesarios para la ejecución de una
explanada con unas características mecánicas y geométricas
determinadas por su posterior aplicación.
Composición porcentual del coste de
grandes Movimientos de Tierras
Arranque
Suelo
-
Roca
40%
Carga
20%
15%
Transporte
56%
30%
Formación de terraplén
24%
15%
Principales factores a considerar en la elección de
los Equipos de Arranque, Carga y Transporte
1. Producción necesaria
2. Excavabilidad del material a manipular
3. Caminos de rodadura: Factores legales,
Orografía, Capacidad portante, etc.
4. Puntos infranqueables
5. Concordancia, en cuanto a rendimientos, de los
equipos
6. Coste comparativo de los equipos posibles
Excavabilidad del Terreno
Es la capacidad para ser arrancado por diferentes medios.
A efectos de excavabilidad, el PG3 define tres tipos:
! Excavación en roca. Comprenderá la correspondiente a todas las
masas de roca, depósitos estratificados y la de todos aquellos materiales
que presenten características de roca maciza, cementados tan
sólidamente, que únicamente pueden ser excavados utilizando
explosivos.
! Excavación en terreno de tránsito. Comprenderá la correspondiente a
los materiales formados por rocas descompuestas, tierras muy
compactas y todos aquellos que para su excavación no sea necesario el
empleo de explosivos y sea precisa la utilización de escarificadores
profundos pesados.
! Excavación en tierra. Comprenderá la correspondiente a todos los
materiales no incluídos en los apartados anteriores.
La prospección de la excavabilidad
El conocimiento de esta característica de los terrenos a excavar es de
singular importancia para:
"El cálculo de los precios para la estimación de costes.
"La elección de los equipos
Herramientas posibles:
"Prospección visual previa
"Catas
"Sondeos
"Prospección sísmica
Prospección mediante catas
Descubre las distintas capas existentes, permitiendo inspeccionarlas
directamente y medir su potencia. Define, sin duda, el nivel freático
y es el mejor sistema para la toma de las muestras necesarias para
ensayar en laboratorio.
Limitaciones
1. La dureza del terreno a inspeccionar, ya que sólo es posible la investigación
en tierras o materiales sueltos o poco consolidados
2. La pequeña profundidad que se alcanza (no más de 3 m, generalmente)
Sondeos mecánicos con extracción de testigos
Es un procedimiento caro y lento.
Imprescindible en la investigación de canteras.
Prospección sísmica
Basa su técnica en la determinación de la velocidad de propagación de ondas
sónicas en los distintos medios que constituyen el terreno a estudiar.
Nos informa sobre:
#El espesor de los estratos
#La velocidad media de propagación del sonido en dichos estratos
Ventaja: Rapidez y economía
Limitaciones:
#No permite la toma de muestras.
#Sólo detecta capas más “duras” o resistentes que las situadas por encima de
ellas
Clasificación de las excavaciones según la
velocidad sísmica
En cuanto al arranque:
$Roca: Velocidad de propagación sísmica, VS >= 2.000 m/s
$Tránsito: Velocidad sísmica entre 1000 m/s < VS < 2.000 m/s
$Tierra: Velocidad sísmica VS < 1.000 m/s
CLASIFICACIÓN DE RIPABILIDAD SEGÚN WEAVER
CLASE DE ROCA
DESCRIPCIÓN
VELOCIDAD SÍSMICA
(m/s)
Valoración
DUREZA
Valoración
ALTERACIÓN
Valoración
ESPACIADO DE
JUNTAS (mm)
Valoración
CONTINUIDAD DE
JUNTAS
Valoración
RELLENO DE LAS
JUNTAS
Valoración
ORIENTACIÓN DE
DIRECCIÓN Y
BUZAMIENTO
Valoración
VALORACIÓN TOTAL
VALORACIÓN DE LA
RIPABILIDAD
SELECCIÓN DE
MAQUINARIA
POTENCIA (CV)
KW
I
II
III
IV
V
Roca muy buena
Roca buena
Roca media
Roca mala
Roca muy mala
>2150
2150 – 1850
1850 – 1500
1500 – 1200
1200 - 450
26
24
20
12
5
Roca extr. dura
Roca muy dura
Roca dura
Roca blanda
Roca muy blanda
10
5
2
1
0
Sana
Ligeramente sana
Alterada
Muy alterada
Completamente alterada
9
7
5
3
1
> 3000
3000 – 1000
1000 – 300
300 – 50
< 50
30
25
20
10
5
Discontinuas
Poco continuas
Continuas sin relleno
Continua con algún
relleno
Continua con relleno
5
5
3
0
0
Cerradas
Algo separadas
Separación <1mm
Relleno <5mm
Relleno >5mm
5
5
4
3
1
Muy desfavorable
Desfavorable
Poco favorable
Favorable
Muy favorable
15
13
10
5
3
100 – 90
90 – 70*
70 – 50
50 – 25
<25
Voladura
Ext. difícil de ripar.
Voladura
Muy difícil de ripar
Difícil de ripar
Fácilmente ripable
--
DD9G/D9G
D9/D8
D8/D7
D7
--
770/385
385/270
270/180
180
--
575/290
290/200
200/135
135
* La puntuación por encima de 75 se considera como no ripable sin prevoladura
DESGARRADORES
!BULLDÓZER CON 535 H.P.
Desgarradores
Velocidad Sísmica
0
1
Metros por segundo x
1000
Pies por segundo x 1000
2
l
0
1
2
3
l
3
4
5
4
l
6
7
8
l
9
10
11
12
TIERRA VEGETAL
ARCILLA
MORENA GLACIAL
ROCAS VOLCANICAS
GRANITO
BASALTO
ROCAS DE DISLOCACIÓN
ROCAS SEDIMENTARIAS
BITUMINOSA
ARENISCA
LIMO CONSOLIDADO
PIEDRA ARCILLOSA
CONGLOMERADO
BRECCIA
CALICHE
PIEDRA CALIZA
ROCAS METAMÓRFICAS
ESQUISTOS
PIZARRA
MINERALES Y MENAS
CARBÓN
MINERAL DE HIERRO
DESGARRABLE
MARGINAL
NO DESGARRABLE
13
14
15
Equipos para arranque y carga de los materiales
1. Material de fácil excavabilidad -”Tierra”1.1 Con Bulldózer y Cargadora
1.2 Con Bulldózer y Mototrailla
1.3 Con Retroexcavadora
2. Material de difícil excavabilidad -”Tránsito”2.1 Con Bulldózer y Cargadora
2.2 Con Bulldózer y Retroexcavadora
3. Material de difícil excavabilidad -”Roca”3.1 Mediante Voladura y carga con Retroexcavadora
3.2 Mediante Voladura y carga con Pala de Ruedas
3.3 Con Retroexcavadora y Martillo de alta producción
Equipos para Transporte de los Materiales
Excavados
1. Camión Volquete
2. Tracto-camión “Bañera”
3. Dúmper Articulado
4. Dúmper Rígido
ELECCIÓN DEL TIPO DE VEHÍCULO DE TRANSPORTE
EN LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS
Tipo de
Material
Roca
Suelo
Camino de acarreo
Por
Ctra.
Fuera
Ctra.
Dist. de
acarreo
Clima
Pendiente y
capacidad portante
Normal
Dificultosa
Seco
Lluvioso
Corta
Larga
Camión Volquete nº 6*6
Tracto-camión Bañera
N
R
R
R
R
R
R
R
R
R
N
R
R
NR
R
N
R
N
NR
R
R
NR
N
R
NR
R
NR
R
R
NR
R
R
N
R
R
NR
R
NR
R
NR
Dúmper articulado
Dúmper rígido
R=
Recomendable
NR=
No recomendable
N=
Nunca
Rendimiento de las Máquinas de Carga
TIEMPOS DE CICLO DE CARGA (Segundos)
TIERRA
RETROEXCAVADORAS
BLANDA
DURA
25 a 35
35 a 45
ROCA
VOLADA
35 a 45
MATERIAL ACOPIADO
PALAS CARGADORAS
35 a 45
40 a 50
Peso de los Materiales
Peso de los materiales
Suelto kg/m3
En banco
kg/m3
Factores de Carga
1960
2970
0,67
1660
2020
0,82
Roca descompuesta
-75% roca, 25% tierra
1960
2790
0,70
Granito fragmentado
1660
2730
0,61
Grava
– Mojada de 6 a 50 mm
2020
2260
0,89
Yeso
– Fragmentado
1810
3170
0,57
1540
2610
0,59
Arena y Grava
1720
1930
0,90
Pizarra bituminosa
1250
1660
0,75
Tierra vegetal
950
1370
0,70
Basalto
Arcilla
- en su lecho natural
Piedra caliza
- Fragmentada
Factores de llenado de Retroexcavadoras para
distintos materiales
Porcentaje sobre la
capacidad del cucharón
Marga mojada o Arcilla Arenosa
100-110
Arena y Grava
90-100
Arcilla dura y tenaz
80-90
Roca volada bien fragmentada
80-90
Roca volada mal fragmentada
50-80
Rendimiento de las Retroexcavadoras y Palas Cargadoras
(Expresado en m3 banco/Hora de trabajo)
RENDTº = C*FL*FC*60*55
m3b/ht
CiC
C.-
Capacidad S.A.E. del cazo en m3
FL.-
Factor de llenado
FC.-
Factor de carga
CiC.-
Ciclo de carga en segundos
La eficiencia de la hora de trabajo se considera igual a 55/60
Cálculo de los vehículos necesarios
Capacidad de Carga de los Vehículos
Capacidad a ras (m3)
Vehículos Viales
Camión Volquete
Camión Bañera
13,5
24,0
Capacidad S.A.E. (m3)
Vehículos Extraviales
Dúmper 35 t
Dúmper 50 t
Dúmper 90 t
(Colmo 2:1)
(Colmo 2:1)
(Colmo 2:1)
23,0
34,0
60,0
Capacidad de los Vehículos
Expresada en m3 sobre perfil
TIERRA
TRÁNSITO
ROCA
Camión Volquete
10
9
8
Camión-Bañera
14
Dúmper 35 t
16
14
13
Dúmper 50 t
23
20
18
Dúmper 90 t
37
27
25
Ciclo de un vehículo de Movimiento de Tierras
Tiempos:
De espera.-
Depende de la distancia de acarreo y de la organización del
tajo. Estimar de 0.5 a 2.0 min.
De maniobras de Carga.Según se entre de frente o marcha atrás, estimar respectivamente
0.25 y 0.50 minutos.
De carga.Es igual al nº de ciclos de carga por el tiempo de este ciclo, es
decir:
capacidad caja del vehículo*ciclo carga(seg.) / capacidad del
cazo*60 min.
De descarga.Camiones
1.5 min.
Dúmperes
1.0 min.
"Bañeras"
2.5 min.
Ciclo de un vehículo de Movimiento de Tierras (Cont.)
Velocidades de Acarreo en Km/h:
Distancia en Km.
Camión
“Bañera”
Dúmper
D<0.5
10
15
0.5<D<1.5
13
20
D>1.5
15/30
20/40
25/30
Nº de Vehículos necesarios para una Máquina de Carga
1
2
3
CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA MÁQUINA
DE CARGA
R
M3b/Ht
ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD SOBRE PERFIL
DE LA CAJA DEL VEHÍCULO
C
M3b
CÁLCULO DEL TIEMPO DE CICLO DEL VEHÍCULO
3,1 Distancia entre puntos de carga y descarga
3,2 Tie mpo de maniobras y espera en la carga
3,3 Tie mpo de carga
3,4 tiempo de descarga
3,5 Tie mpo de recorrido(Ida+vuelta;Velocidad
media=V;TR=60*2*D/V)
3,6 Ciclo del vehículo (CIC=TMC+TC+TD+TR)
D
TMC
TC
TD
KM
MIN.
MIN.
MIN.
TR
CIC
MIN.
MIN.
4
Nº DE VIAJES DE CADA VEHÍCULO POR HORA
60/CIC
VIAJ/H
5
RENDTº. POR VEHÍCULO60*C/CIC
60*C/CIC
M3b/Ht
6
Nº DE VEHÍCULOS
R*CIC/60*C
VEHÍC.