Un caso habitual en la construcción consiste en la utilización de varias máquinas cuyos ciclos individuales de trabajo tienen un intervalo común. Por ejemplo, una cargadora con varios camiones, o bien un equipo de mototraíllas convencionales ayudadas en su carga por un tractor. En estos casos, los ciclos individuales de las máquinas se pueden agrupar formando un ciclo del equipo que se repite periódicamente.
Al recurso que limita la producción de un equipo se le denomina cuello de botella. Su identificación es esencial porque cualquier cambio introducido en el funcionamiento repercutirá en la capacidad de producción del equipo, y por ende, en su productividad. El recurso que causa el estrangulamiento es el que determina la producción del equipo. Se define como factor de acoplamiento o “match factor” a la relación entre la máxima producción posible de los equipos auxiliares respecto a la máxima producción posible de los equipos principales. El coste más bajo de producción se obtiene para factores de acoplamiento próximos a la unidad, pero por debajo de ella.
Para aclarar estos conceptos tan importantes en el cálculo de producciones y costes en las máquinas de movimiento de tierras, os paso este Polimedia para divulgar los conceptos básicos. Espero que os guste.
Referencias:
PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.
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. 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.
Las trituradoras de mandíbulas están diseñadas para superar las necesidades de trituración primaria de los clientes de los sectores de canteras, minería y reciclaje. Se aplica principalmente en la trituración gruesa y media de las materias de resistencia a compresión no mayor a 320MPa, caracterizada por alta relación de reducción, alta producción, granulosidad homogénea, estructura sencilla, funcionamiento fiable, mantenimiento fácil, coste de operación económico, etc.
Constan de una cámara, llamada «de machaqueo» de forma prismática. Sus caras superior (por donde entra el material) en inferior (por donde sale triturado) son abiertas. De las otras caras, dos forman mandíbulas dispuestas en «V»: una fija y otra oscilante por biela excéntrica y placas de articulación. El retroceso de la mandíbula móvil se debe a un vástago con muelle. Las mandíbulas se protegen piezas de acero al manganeso para evitar un desgaste prematuro.
La rotura fundamental es por compresión. El retroceso de la mandíbula permite a los fragmentos descender hasta la parte más estrecha. Se obtiene un material lajoso y con tendencia a ser un material uniforme con pocos finos (mal graduadas). Normalmente no se admiten bloque que sean superiores a 0,75 veces el tamaño de la boca.
No se aconsejable la trituración de material pegajoso, pues atascaría el aparato y disminuiría la producción. El número de compresiones por minuto habitualmente oscila entre 150 y 300, aunque pueden ampliarse este rango de 50 a 750. La razón de reducción alcanzada está entre 4 y 8.
Si disminuimos la salida, conseguimos un tamaño menor del producto resultante, aumentamos los finos y la energía necesaria, mejoramos la forma del producto, pero reducimos la producción. Ésta producción depende, entre otros factores, del tipo de alimentación (la clase de material, la distribución del tamaño, sus características de fractura o su contenido de humedad), del tipo de operación (disposición de la alimentación) y del reglaje de descarga.
Se pueden clasificar las machacadoras de mandíbulas en doble efecto (también llamadas tipo «Blake» o de doble articulación) y las de simple efecto (tipo «Dalton» o de articulación única).
Machacadora de mandíbulas de doble efecto
Se trata de una mandíbula móvil accionada por un balancín articulado en su parte superior. Son un 20-30% más pesadas que las de simple efecto, más caras y de menor producción. No presenta movimientos de deslizamiento entre mandíbulas (como en simple efecto). Por ello sólo son usadas con material extraduro o muy abrasivo, nunca con materiales plásticos.
Machacadora de mandíbulas de doble efecto, o tipo «Blake»
Machacadora de simple efecto
Trituradora de mandibula de simple efecto o tipo «Dalton» difiere de la anterior en que la mandíbula móvil va montada directamente sobre un balancín que está suspendido en la parte superior por el eje, excéntricamente y el movimiento está dado por el motor. La mandíbula simple hace de «biela» en un movimiento elíptico.
Tritura por compresión (parte superior) y por fricción (parte inferior). Son más utilizadas por su mayor producción, menor precio y menor apelmazamiento en la cámara. No es adecuada para materiales abrasivos. Da un producto triturado más fino.
Machacadora de mandíbulas de simple efecto, o tipo «Dalton»
Os paso a continuación varios vídeos explicativos que espero que os sean de interés.
Referencias:
FUEYO, L. (1999). Equipos de trituración, molienda y clasificación: tecnología, diseño y aplicación. Editorial Rocas y Minerales. 1ª edición. Fueyo Editores. Madrid, 371 pp. ISBN: 84-923128-2-3.
LÓPEZ JIMENO, C. (1998). Manual de áridos. 3ª edición. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 607 pp. ISBN: 84-605-1266-5.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia.
TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.
La maquinaria ha cambiado rápidamente con las innovaciones tecnológicas. Se ha derivado hacia la especialización, evolucionando unas hacia el gigantismo para obtener grandes producciones, mientras otras se han convertido en diminutas y versátiles. En otros casos se ha buscado la polivalencia del trabajo en equipos pequeños y medianos. Los medios informáticos han auxiliado y mejorado los sistemas de los equipos. La maquinaria va siendo cada vez más fiable, segura y cómoda para el operador, facilitándole las labores de conservación. En general se observa una preocupación creciente por la seguridad, el medio ambiente y la calidad.
Como muestra de la tendencia al gigantismo en la maquinaria de ingeniería civil y minería, os paso un pequeño documental donde se muestran brevemente estas megamáquinas. Espero que os guste.
Os paso ejemplos de máquinas gigantes. La grúa torre Kroll K-10000 es la más grande del mundo. Fue fabricada por la marca danesa Kroll y es capaz de levantar pesos de 132 toneladas de carga máxima y 91 toneladas a una distancia máxima de 100 m.
El Bulldozer D575A-3SD tiene casi 5 metros de altura y fue diseñado y fabricado en Japón. Esta potente máquina rebasa los 12 m de ancho y puede mover más de 215 toneladas de una sola vez.
La Bagger 288, es una excavadora giratoria empleada fundamentalmente en trabajos de minería. Una vez entró en funcionamiento, se convirtió en el vehículo de carga sobre tierra firme más grande del mundo. Mide 220 metros de largo, 96 de alto y 46 de ancho.
El BelAZ 75710 pesa 810 toneladas, 210 toneladas más que el Caterpillar, y tiene una capacidad de carga de 450 toneladas. Cuenta con dos motores turbodiésel de 16 cilindros asociados que generan 4.600 caballos con un par máximo de 18.626 Nm.
La motoniveladora ACCO se considera la mayor motoniveladora del mundo. Esta máquina pesa unas 200 toneladas y contiene dos motores Caterpillar, uno de 1000 CV en la parte trasera y otro de 700 CV en la parte delantera, la cual pertenece a la cabeza tractora de una mototraílla Caterpillar 657. La hoja o cuchilla posee una longitud de 10 m.
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia, 158 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. Ref. 402.
Seguimos con este post, la divulgación de conceptos básicos relacionados con una de las unidades de obra que más patologías suponen a largo plazo: la compactación. En otros posts anteriores ya hablamos de los tramos de prueba y de la compactación dinámica. La compactación constituye una unidad de obra en la que la interacción entre la naturaleza del suelo, sus condiciones, la maquinaria y el buen hacer de las personas que intervienen en ella resulta crucial. Desgraciadamente, en numerosas ocasiones, la compactación se trata como una unidad de obra complementaria o auxiliar. Las variables que más influyen en la compactación son la naturaleza del terreno, su grado de humedad y la energía aplicada. Estas variables se estudian a continuación.
Figura 1. Curva de compactación
La densidad, la humedad y los huecos están relacionados entre sí. Se trata de comprobar empíricamente qué ocurre al someter un suelo a un proceso de compactación. Dicho experimento consiste en golpear capas dentro de un cilindro, mediante un procedimiento normalizado, y medir la densidad seca y la humedad en cada caso. Se realizará el estudio sometiéndolo a diversas condiciones de compactación y humedad.
Este experimento permite obtener las curvas de compactación, que relacionan el peso específico seco y la humedad de las muestras de suelo compactadas con una energía determinada, y que presentan un máximo, más o menos acusado, según su naturaleza. Los valores típicos de los pesos unitarios máximos secos oscilan entre 16 y 20 kN/m³, con valores máximos entre 13 y 24 kN/m³. Las cifras superiores a 23 kN/m³ son raras, ya que este valor está cerca del de hormigón húmedo. Los contenidos típicos de humedad óptima oscilan entre el 10% y el 20%, con un intervalo máximo de 5% a 30%. Generalmente, se requieren cinco puntos para obtener una curva fiable, con una humedad entre puntos que no difiera más del 3%.
Se puede definir como índice de compactación (IC) la relación entre el peso específico seco del terreno compactado y el peso específico seco óptimo.
Antes de llegar a la humedad óptima, el agua favorece la densificación al actuar con cierto efecto lubricante, pero al pasar de la óptima, la densidad seca decrece, ya que el aire no sale tan fácil por los huecos, y el agua desplaza aparte de las partículas sólidas. La rama descendente de la curva tiende a aproximarse asintóticamente a la de saturación del suelo. Hogentogler (1936) considera que la forma de la curva de compactación se debe a dichos procesos de hidratación, lubricación, hinchamiento y saturación reflejados en la Figura 2.
Figura 2. Efectos del contenido de humedad en la compactación
Si se aplican diferentes energías de compactación, ocurre lo que se indica en la Figura 3: el peso específico seco máximo aumenta con una humedad menor, y las ramas descendentes se acercan progresivamente a medida que aumenta la humedad, ya que el aumento de la energía lo absorbe el exceso de agua. Los máximos suelen situarse sobre la misma línea de huecos de aire, en general, alrededor de na = 5 %.
Figura 3. Variación de la energía de compactación
La composición granulométrica del suelo y su sensibilidad al agua de su fracción fina son muy significativas al compactar. Los terrenos granulares sin finos presentan curvas de compactación aplanadas, sin un máximo muy definido, y su humedad ejerce una influencia escasa. Los suelos finos (más del 35% en peso) presentan pesos específicos secos más bajos que si no tuviesen tantos finos, y por consiguiente precisan de mayor humedad. Lo idóneo es una mezcla de tamaños más o menos continua, con un máximo de 10 a 12% de finos.
Figura 4. Curvas de compactación para diversos materiales (Johnson y Sallberg, 1960)
En obra suele ser difícil mantener los contenidos de agua próximos al óptimo, lo que implica que, si las curvas de compactación presentan ramas con fuertes pendientes, estos materiales resultarán más difíciles de compactar, ya que pequeños cambios de humedad provocan fuertes bajas en la densidad. Son preferibles las curvas cuyas ramas tengan pendientes más suaves.
Veamos, en 8 minutos, dar dos pinceladas sobre el concepto de curva de compactación. Espero que os guste.
HOGENTOGLER, C.A. (1936). Essentials of soil compaction. Proceedings Highway Research Board, National Research Council, Washington D. C., 309-316.
JOHNSON, A.W.; SALLBERG, J.R. (1960). Factors that Influence Field Compaction of Soils. Bulletin 272. HRB, National Research Council, Washington, D. C., 206 pp.
En la entrada de hoy vamos a dar recomendaciones para el trabajo con tractores sobre cadenas, también llamados buldóceres (bulldozers, en inglés). En español también se conocen como explanadoras o topadoras. La operación de las máquinas es un tema de gran trascendencia tanto económica como de seguridad. Una mala operación acarrea no solo pérdidas de producción y el encarecimiento de las unidades de obra, sino que, en muchas ocasiones, representa un maltrato a las máquinas y un problema grave de seguridad para las personas.
Siguiendo el carácter divulgativo de estas entradas, os paso un Polimedia referido a las recomendaciones que deberían seguirse para operar con los buldóceres. Espero que os guste.
La relación de compresión en un motor de combustión interna es el número que mide la proporción en que se ha comprimido la mezcla de aire-combustible (Motor Otto) o el aire (Motor Diésel) dentro de la cámara de combustión de un cilindro. Para calcular su valor teórico se utiliza la fórmula siguiente:
Independientemente del número de cilindros, la fórmula se aplica a uno solo. Ejemplo: un motor de cuatro cilindros en línea (4L) con 1,4 litros de desplazamiento se divide el desplazamiento entre el número de cilindros (1 400 cc / 4 = 350 cc). A este valor se le suma el volumen de la cámara ( 350 cc + 40 cc = 390 cc) y se divide por el volumen de la cámara (390 cc / 40 cc = 9,75). La relación de compresión de este motor es de 9,75:1. O sea, la mezcla se comprime en la cámara 9,75 veces.
La relación de compresión es uno de los factores que influyen en el funcionamiento de un motor de combustión interna, y a su vez incide en su rendimiento térmico. El rendimiento térmico, para decirlo de forma sencilla, es la manera en que ese motor aprovecha al máximo la energía proveniente de la combustión de la mezcla aire-combustible.
Os dejo un vídeo explicativo que espero que os guste.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
En 1892, el ingeniero alemán Rudolf Diesel patentó el primer motor de encendido por compresión, que fue construido con éxito en 1897. Desde 1945, el motor diésel rápido, perfeccionado paulatinamente con reducciones de las relaciones peso/potencia e importantes mejoras en los sistemas de inyección, ha desplazado al de gasolina, cuyo uso se limita a motores ligeros de menos de 5 CV. Existen motores diésel de dos tiempos (llamados de acción simple) y de cuatro tiempos (más habituales). Los primeros presentan un barrido defectuoso, por lo que requieren mejores sistemas de engrase y refrigeración.
Una primera clasificación de estos motores atiende a su velocidad:
Motores de baja velocidad (w < 350 r.p.m.): se usan normalmente en instalaciones estacionarias de gran potencia.
Motores de media velocidad (w aprox. = 350 r.p.m.): su uso habitual es en generadores de corriente de media y baja potencia.
Motores de alta velocidad (w > 350 r.p.m.): en máquinas de movimiento de tierras.
El motor diésel de cuatro tiempos presenta similitudes con el de gasolina. Se pueden establecer las siguientes fases del ciclo:
Admisión: En esta fase entra aire en el cilindro (sin mezcla de combustible) que es succionado por el pistón en su movimiento de descenso.
Compresión: Después de alcanzar el pistón el extremo inferior, y una vez se cierran las válvulas de admisión, el cilindro inicia su ascenso comprimiendo el aire hasta llegar al punto más alto de la carrera. La relación de compresión varía entre 14 y 22.
Encendido, combustión y expansión: La elevación de la temperatura (440 °C) que acompaña la compresión permite la combustión espontánea al inyectar el combustible. Con las válvulas cerradas, la expansión del gas obliga al pistón a descender hasta el punto muerto inferior (PMI).
Escape: Al llegar el pistón al PMI, las válvulas de expulsión se abren y los gases se expulsan al exterior.
El ciclo real y teórico presentan diferencias:
La inyección no coincide exactamente con el punto muerto superior (PMS). Asimismo, las válvulas de escape se abren instantes antes de que el pistón alcance el PMI.
Aunque en el ciclo teórico se supone que la combustión se produce a volumen constante, en realidad solo una parte lo hace. El resto de la combustión se realiza a presión constante, de modo que se aproxima al ciclo de Otto.
Solo en los motores diésel muy lentos, la combustión se desarrolla aproximándose al ciclo teórico.
Os dejo algunos vídeos en los que podréis ver el funcionamiento del ciclo diésel y sus características más importantes. Espero que os gusten.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
También llamados rodillos autopropulsados de impactos o de zapatas, son la réplica moderna de las de pata de cabra. En artículos anteriores ya comentamos aspectos relacionados con la curva de compactación, los tramos de prueba o las recomendaciones de trabajo en la compactación. En este nos centraremos en los compactadores estáticos de patas apisonadoras.
Compactador autopropulsado de patas apisonadoras. Fotografía de Víctor Yepes
Están formados por cuatro rodillos con patas de forma truncada y acabadas en doble bisel, lo que permite no sacar el material al salir de la penetración en el terreno. La longitud no supera los 20 cm y el número de patas por rodillo oscila entre 50 y 65. Se les suele acoplar una hoja empujadora para facilitar el extendido del material. La potencia oscila entre 50 y 300 kW.
Su chasis está articulado y puede girar hasta 45°. El ancho de la máquina puede alcanzar los 3,50 m. El peso total oscila entre 8 y 40 toneladas. Son apisonadoras que pueden operar a velocidades máximas de 20-25 km/h, por lo que se las denomina compactadoras de alta velocidad. Las velocidades de trabajo son más lentas en las primeras pasadas y más rápidas en las últimas.
Combinan el esfuerzo estático con el amasado del terreno, debido a la forma de los salientes, al efecto dinámico producido por la presión a gran velocidad y a cierto efecto de semivibración originado por el gran número de impactos próximos en un área tan reducida. Compactan casi todos los suelos con buenos rendimientos, salvo los muy arcillosos o los con un alto porcentaje de rocas grandes. También pueden utilizarse complementándose con pasadas de neumáticos en el caso de grava-cemento cuya curva tenga un alto contenido de finos.
A continuación os paso un Polimedia para describir brevemente este tipo de máquinas. Espero que os guste.
Referencias:
ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
YEPES, V. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.
El cazo está colocado de forma que los dientes se orientan hacia la excavadora y, tras introducir la cuchara en el frente de excavación, lo recorre de arriba hacia abajo si dicho frente está situado por encima del plano de la máquina y de forma inversa si está por debajo de dicho plano, como suele ser habitual.
Este equipo es más adecuado para excavar por debajo del plano de apoyo de la máquina. Sus aplicaciones abarcan la excavación de trincheras, zanjas y cimientos estrechos y profundos, así como cualquier trabajo de excavación subterránea en el que el espacio limite los movimientos horizontales. Permite la excavación con carga directa al transporte, que puede estar al mismo nivel que la excavadora o en planos distintos. En este último caso, el método permite trabajar con ángulos reducidos (30°) y se obtiene un mayor rendimiento.
La profundidad de excavación conseguida por esta máquina es superior a la de los equipos frontales, y su fuerza de arranque es mayor, ya que en las retroexcavadoras la reacción de desplazamiento se produce en sentido vertical al suelo, y en los frontales, en dirección horizontal.
El siguiente vídeo explicativo os aclarará mucho las partes y el funcionamiento de la máquina.
A continuación, os paso algunos vídeos que muestran el funcionamiento de esta máquina en diversos tajos. Espero que os gusten.
Carga de camión con retro:
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia, 158 pp.
La grúa Derrick es una grúa formada por un mástil de estructura de celosía sujeto por vientos, un brazo de la misma estructura unido al mástil por su extremo inferior y sujeto al mástil mediante cables por su extremo superior, un cabrestante situado en el suelo y un cable que se envía a través de poleas situadas en el brazo. Sobre este sencillo modelo existen muchas variaciones; la más corriente es la grúa, cuya base lleva ruedas y se mueve sobre ellas.
Son máquinas fijas, muy sencillas, de bajo costo y gran capacidad de carga. El tipo más usual consta de un mástil vertical fijo a una plataforma o zócalo, situado en posición mediante dos tornapuntas o tirantes que forman un tetraedro indeformable. Estas grúas se utilizan cuando hay espacio para colocar la base. En ella se sitúan un motor, los cabrestantes y los contrapesos. Apoyada en la base, se encuentra una pluma que puede girar mediante una rótula o una corona giratoria, de la cual cuelgan las cargas.
Una limitación característica de ciertas configuraciones arriostradas es la restricción del giro del mástil a unos 270°, impuesta para evitar que colisione con los tirantes. No obstante, esta restricción no es común a todas las grúas derrick; en algunos diseños, el ángulo de giro y la geometría del arriostramiento se resuelven de manera distinta.
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Este inconveniente puede eliminarse sustituyendo los soportes rígidos por tres o más cables atirantados en disposición de paraguas y reduciendo la altura de la pluma por debajo de la del mástil. El uso de múltiples vientos es una solución conocida para liberar el giro y mejorar la estabilidad, aunque la geometría exacta varía según el fabricante y la aplicación.
Existen otras variantes en las que es posible realizar un giro completo, con el mástil en una posición no estrictamente vertical. Es bastante frecuente encontrar diseños de este tipo integrados en otros modelos de grúas, tanto móviles como de puerto, con gran capacidad de carga. En algunas variantes industriales y portuarias, la configuración derrick se incorpora como equipo fijo o semimóvil para maniobras de gran tonelaje.
La capacidad de carga y el alcance de estas grúas dependen del diseño, del radio de trabajo, del tipo de arriostramiento y de las condiciones de seguridad; a modo de referencia, existen derricks capaces de elevar cargas de hasta 200 t y alcanzar hasta 20 m, aunque estos valores no constituyen límites universales para la tipología.
Os paso a continuación un vídeo en el que podréis ver en funcionamiento un derrick. Espero que os guste.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Un caso habitual en la construcción consiste en la utilización de varias máquinas cuyos ciclos individuales de trabajo tienen un intervalo común. Por ejemplo, una cargadora con varios camiones, o bien un equipo de mototraíllas convencionales ayudadas en su carga por un tractor. En estos casos, los ciclos individuales de las máquinas se pueden agrupar formando un ciclo del equipo que se repite periódicamente.
