buldócer – El blog de Víctor Yepes

Nomograma para el cálculo de la producción del ripado y transporte con un buldócer

Figura 1. Buldócer Cat D9T. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CatD9T.jpg

Uno de los ejemplos usuales es la producción de un buldócer (bulldozer, en inglés), que primero debe escarificar un terreno y luego debe empujarlo hasta una distancia de transporte determinada. En una entrada anterior dimos la resolución de la producción combinada de un buldócer.

Ahora os presentamos un nomograma elaborado junto con el profesor Pedro Martínez-Pagán sobre la producción del ripado y transporte con dicha máquina. Se han seguido las recomendaciones empíricas recogidas en el “Manual de arranque, carga y transporte en minería de cielo abierto” (Gómez de las Heras et al., 1995).

A continuación os voy a dar resuelto un problema de este tipo. Se trata de uno de los muchos casos que explicamos en el Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción. Os animo a que, si estáis interesados, os informéis de este curso en línea.

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Referencias:

GÓMEZ DE LAS HERAS, J.; MANGLANO, S.; TOLEDO, J.; LÓPEZ-JIMENO, C.; LÓPEZ-JIMENO, E. (1995). Manual de arranque, carga y transporte en minería a cielo abierto. Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, 604 pp.

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Producción combinada de un equipo con varias tareas: el caso de un buldócer

Buldócer Caterpillar D9T. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CatD9T.jpg

Es habitual encontrarnos con equipos que, aunque trabajen de forma aislada, deban realizar varios tipos de trabajos consecutivos para acabar de terminar una tarea. Además, en cada uno de estos trabajos, su producción es diferente. El problema es calcular la producción combinada conjunta. Uno de los ejemplos usuales es la producción de un buldócer (bulldozer, en inglés), que primero debe escarificar un terreno y luego debe empujarlo hasta una distancia de transporte determinada.

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Referencias:

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Curva de llenado de una mototraílla empujada por buldócer

Una mototraílla convencional, empujada por un buldócer, tiene una curva de llenado, función del tiempo de carga “t”: C=C(t). Sabiendo que el ciclo completo de las mototraíllas vale (a+t) y el de las empujadoras (b+d·t), siendo a,b y d constantes, calcular el tiempo de carga óptimo.

Resolución:

Como el material encuentra cada vez mayor resistencia a entrar en la caja de la traílla conforme ésta se va llenando, la curva de carga es creciente, con un valor asintótico superior, que es la mayor capacidad de la traílla, a partir de la cual la misma cantidad de material que entra por abajo es derramado por su parte superior.

La curva C=C(t) tendría una forma como la que sigue:

El tiempo de carga óptimo es el que minimiza el coste unitario de producción U(t):

El coste horario del equipo, si éste está formado por “n” traíllas a un costo horario de “T” ptas/h, y “m” topadoras, a un coste horario de “E” euros/h, será:

Coste horario del equipo=n·T+m·E euros/h

La productividad horaria del equipo va a depender de si faltan o sobran traíllas.

* Si faltan traíllas, serán éstas las que condicionen la producción total del equipo, que será:

En este caso

para encontrar el mínimo, derivamos e igualamos a cero:

Por consiguiente, para el cálculo del tiempo de carga óptimo basta con buscar la tangente de la curva de carga desde un punto situado a una distancia “a” del origen. “a” es el período del ciclo de la mototraílla que no se emplea en la carga.

* Si sobran traíllas, las topadoras condicionarán la producción total del equipo, que será:

En este caso

para encontrar el mínimo, derivamos e igualamos a cero:

Por tanto, de forma análoga al caso anterior, para el cálculo del tiempo de carga óptimo basta con buscar la tangente de la curva de carga desde un punto situado a una distancia “b/d” del origen.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

¿Cómo escarificar con un buldócer?

La “ripabilidad” de una roca representa una medida del grado de dificultad de la misma para ser excavada con equipos de convencionales; mediante la rotura del terreno con un tractor o buldócer que permite su excavación o carga directa. Si bien hay numerosos factores que afectan la ripabilidad, como por ejemplo la resistencia fracturación, dirección del buzamiento de la roca, etc., en términos de producción, los factores dominantes son: la resistencia a la compresión simple de la roca, el grado de meteorización, la velocidad sísmica, la resistencia y rugosidad de las juntas, su separación, y sobre todo la masa del tractor. Las empresas constructoras de maquinaria suelen ofrecer gráficos como el que os dejo aquí abajo, donde se establecen los valores (en función de la velocidad sísmica) para los cuales un terreno es ripable.

Ripabilidad (D9) vs. Velocidad de Onda Sísmica (Caterpillar, Handbook of Ripping 8th Edition)

Ahora hablaremos del escarificador. Es un equipo que un tractor oruga pesado lleva en su parte posterior un bastidor, accionado hidráulicamente, provisto de uno o varios dientes rompedores. Con el avance del tractor y accionado mediante cilindros hidraúlicos, el diente escarificador o “ripper”, provisto en su extremo de una uña dirigida hacia abajo, penetra y desgarra el terreno cuando éste es excesivamente duro o cohesivo para ser removido con la hoja frontal. Actualmente los tractores más utilizados en los trabajos de escarificación son los de peso igual o superior a las 35 t. y potencia igual o superior a los 300 CV. La pregunta es: ¿qué podemos hacer para conseguir una mayor producción, un menor coste y una mayor seguridad al trabajar ripando? A continuación os dejo un Polimedia y varios vídeos para recordar los conceptos básicos sobre el tema. Espero que os gusten.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia, 158 pp.

Breve historia del buldócer

El paradigma de la máquina empleada en ingeniería civil es la topadora, explanadora, buldócer, o como lo conocemos habitualmente en inglés, el bulldozer. Aunque se trata de un tractor sobre cadenas, también podemos encontrarlo sobre neumáticos (turnadozer), aunque es más raro. Pues bien, nuestro protagonista no nació de sopetón, sino que fue poco a poco mejorando de ideas previas. Si empezó su trayectoria en el mundo de la agricultura, ha pasado por la guerra y por la ingeniería civil y la minería. Veamos, en dos pinceladas, cuál fue el oscuro nacimiento del bulldozer.

La historia del bulldozer, tal y como hoy la conocemos, surgió de mejoras sucesivas que tuvieron su comienzo con el invento del tractor sobre orugas. Su aparición exacta en el tiempo es un poco oscura, pero en 1713, Frenchman M. D’Hermand propuso un tractor de este tipo traccionado por cabras. Hubo que esperar a 1770 para que Richard Lovell Edgeworth patentara el sistema pero propulsado a vapor. Otros inventos posteriores que mejoraron el sistema fue el desarrollado en 1826 por George Calley, unas orugas a las que denominó “vía férrea universal” (continuous track system, en inglés). Otro invento, el denominado “carruaje con orugas movibles”, fue obra de Dimitri Sagryazhsky, pero no pasó de ser un dibujo sobre un papel. Otra patente fue la de James Boydell, que registró “una rueda de vía férrea sin fin”. En la Guerra de Crimea (1853-1856) ya se usaron los primeros tractores de este tipo propulsados a vapor. Continue reading “Breve historia del buldócer” →