EXCAVACIÓN EXCAVADORAS Y LA EXCAVACIÓN EN OBRA CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES. Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu 1. s:

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1 s: Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu Dr. Daniel Alvear Portilla Dpto. de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos Ingeniería de la Construcción capotej@unican.es alveard@unican.es Esta presentación ha sido realizada en base a la información facilitada por: Imágenes varias de archivo - Bibliografía Especializada consultada - Estudios y Trabajos de GIDAI EXCAVACIÓN Consiste en un conjunto de operaciones para excavar y nivelar zonas donde ha de asentarse la obra, con el consiguiente transporte de los productos removidos a depósito o lugar de empleo. * según PG-3 Su ejecución incluye las operaciones siguientes: ampliación de trincheras y/o mejoras de taludes excavación de suelos inadecuados 1 1

2 CLASIFICACIÓN DE LAS EXCAVACIONES EXCAVACIONES EN ROCA Comprende todas las masas de rocas, depósitos estratificados, y la de todos aquellos materiales que presenten características de roca maciza. USO DE EXPLOSIVOS EXCAVACIONES EN TERRENO DE TRANSITO Comprende todos los materiales formados por rocas descompuestas, tierras muy compactas, y todos aquellos en que para su excavación NO SEA NECESARIO EXPLOSIVOS. EXCAVACIONES EN TIERRA Comprenderá a todos los materiales NO incluidos en los apartados anteriores. CLASIFICACIÓN Excavaciones a Cielo Abierto Excavaciones Subacuáticas Excavaciones Subterráneas grande - Tamaño mediano pequeño - Altura de corte S - Constricciones - Material MINERIA - Dragados - Túneles encima debajo laterales frontales de fondo banco prevolado/rippado suelto ESTUDIO DEL PROYECTO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO, PRESTA MOS Y PRIORIDADES ENVIO DEL EQUIPO A LA REPLANTEO PARA EXCAVACIONES ACARREO DE MATERIAL DE MEJOTO. A LA DESDE CANTERA CONSTRUCCION DE CAMINOS DE ACCESOS Y DRENAJES RED DE DE EXCAVACIONES PARA EXPLANACIONES ACARREO DE INICIOS DE MATERIAL EXCAVACIONES SNTE Y RELLENOS FUERA DE LA S/ PRIORIDADES TERMINACION DE LOS TRABAJOS TRABAJOS MINIMOS EN LLUEVE ELDRENAJE SIN PARALIZAR TRABAJOS 2 2

3 E X C A V A D O R A S Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una superestructura capaz de efectuar una rotación de la menos 360º, que excava o carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara fijada a un conjunto de pluma balancín o brazo, sin que el chasis o la estructura portante se desplace. Norma UNE ISO 6165 EXCAVACION De las FASES BÁSICAS del MMT, la EXCAVADORA participa, principalmente, en: ARRANQUE CARGA TRANSPORTE EXTENDIDO COMPACTACION CLASIFICACIÓN Por el ACCIONAMIENTO de sus órganos de trabajo Excavadoras de cables o mecánicas Excavadoras Hidráulicas Por el SISTEMA DE TRASLACIÓN Excavadoras sobre ruedas Excavadoras sobre cadenas 3 3

4 PARTES Balancín o brazo Cilindro de la cuchara Cuchara Retro Corona de Giro Cilindro del brazo Pluma (de una pieza) Superestructura Chasis Portador Cilindro del brazo PARTES Balancín o brazo Cilindro de cuchara Estabilizadores Pluma (de una pieza) Corona de Giro Superestructura Chasis Portador En forma de H ó X - distribuye las tensiones - resistencia a flexo-torsión - rieles laterales curvos troquelados 4 4

5 Zapata simple garra Máxima tracción Zapata sección trapezoidal Gran flotabilidad Zapata triple garra Para usos múltiples 5 5

6 PLUMAS Y BALANCINES Pluma (de una pieza) Pluma Articulada Lateral Para excavación de paredes verticales. Trabajos cerca de obstáculos o en espacios reducidos. Pluma Ajuste Hidráulico Para aplicaciones estándar La geometría de la pluma mantiene el cucharón paralelo al suelo en posición desplazada. Grandes superficies de sección transversal y aceros de alta calidad 6 6

7 Cuchara Frente Pala Cuchara Retro Dientes Cuchara Bi-valva 7 7

8 Corto Largos - aplicaciones severas - uso general Largos de Serv. Pesado De Penetración autoafilables, para excavación de materiales duros y compactos. Afilado - de esquina Afilado Afilado - central para penetración máxima. 8 8

9 9 9 EXCAVADORAS Y LA EXCAVACIÓN EN

10 espaciosa asiento regulable máxima visibilidad fácil y seguro acceso bajo nivel de ruido (LPA 75/LWA 103) Sistema electrónico para: para: selección del modo de trabajo velocidad de traslación y pluma potencia máxima y precisión CABINAS UN SISTEMA HIDRÁULICO CON UN CONTROL ELECTRÓNICO... EXCAVADORAS Y LA EXCAVACIÓN EN Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu 10 10

11 Precisión en la elevación de la pluma Movimientos lentos con potencia máxima Movimientos lentos con precisión máxima Menor oscilación del bastidor en mov. combinados CONTROL ELECTRONICO Modo H.O.- pot. exc. y mov.rápidos Modo F.O.- para trabajos acabado Modo B.O.- para trabajar c/martillos FACTORES DE SELECCIÓN FASE DE ARRANQUE MATERIALES DE CARGA DIRECTA V. Sísmica variable MATERIALES DE ESCARIFICACIÓN V. Sísmica < 3,000 m/s MATERIALES DE PERFORACION Y VOLADURA V. Sísmica > 3,000 m/s EMPLAZAMIENTO OPTIMO DE EXCAVADORAS Y UNIDADES DE ACARREO 11 11

12 PROFUNDIDAD OPTIMA DE CORTE PROFUNDIDAD INEFICIENTE DE CORTE SELECCIÓN DEL BRAZO (Boom), PROFUNDIDAD DE CORTE Y CUCHARA (Bucket) PARA LA OBTENCION DE OPTIMOS RENDIMIENTOS HORARIOS GRAFICA PARAMETRICA PARA LA SELECCIÓN DEL BRAZO (Boom), PROFUNDIDAD DE CORTE y CUCHARA (Bucket) FORMA DE CARGUE LATERAL (Drive-By) CON EXCAVADORAS 12 12

13 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE LOS TRABAJOS La excavadora debe trabajar desde (en) la parte superior de la excavación y las unidades de acarreo (camiones) en la parte inferior. Controle la profundidad de corte manteniendo la máquina trabajando en la zona de máxima fuerza de arranque de la curva parametrica de excavación de la excavadora. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE LOS TRABAJOS Use el brazo principal mas corto posible de la excavadora con la cuchara (cazo) mayor disponible. Disponga del numero suficiente de unidades de acarreo (camiones) en el tajo para evitar los tiempos de espera de la excavadora para el cargue. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE LOS TRABAJOS Selecciones la capacidad de sus unidades de acarreo de manera que puedan llenarse en 3 ó 5 ciclos de la excavadora. Prefiera unidades de acarreo de caja corta y grandes volúmenes antes de las de caja larga

14 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE LOS TRABAJOS Coloque las unidades de acarreo (camiones) en tajo de manera que el segundo camión esté listo para ocupar la posición de carga, terminada la carga del primero. Imparta instrucciones previas de adiestramientos a los operadores de las excavadoras y a los conductores de las unidades de acarreo para que acoplen sus funciones y trabajos. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCCION DE LAS EXCAVADORAS Tipo de máquina base Organo de trabajo que acople brazo balancín cuchara/accs. Labor que realice Cinemática de la máquina s/ ruedas s/cadenas hidráulica alcance. Fuerzas de penetración/elevación PRODUCCION HORARIA La producción horaria (Q) de las EXCAVADORAS excavando como RETRO o PALA, se calcula según la siguiente fórmula: Donde: Q = q x 3600 /Cm x E q : producción por ciclo en m 3 Cm E : tiempo del ciclo en seg. : coeficiente (eficiencia) utilizado 14 14

15 La producción por ciclo (q), está basada en la capacidad de la cuchara (q 1 ) que esté utilizando la excavadora (tipo y dimensiones) y el factor de llenado (K) que varía según el tipo de material para una misma cuchara. Factor de llenado - q = q 1 K q 1 - capacidad colmada SAE K Fáciles 1,0-0,8 - materiales apilados Media 0,8-0,6 - amontonada con dificultad Regular 0,6-0,5 - machaqueo, arcillas duras Dificultosa 0,5-0,4 - rocas y materiales volados PRODUCCION Capacidad de la cuchara: a ras colmada V 1 = AW V 2 = AW + B Ciclo de Trabajo : Tiempo Excavación. Giros Descarga PRODUCCIÓN: Capacidad Ciclos/h Eficiencia A = área de la sección W = largo interior de la cuchara V 1 + Volumen adicional (B) Factor de llenado (K) W 1/2 b b A JIS A B JIS SAE SAE J296/J742b El tiempo de ciclo (Cm), es el necesitado por excavadora para completar un ciclo, es decir, excavación, giros, descarga y se calcula por la siguiente expresión: Donde: t exc t giro Cm = t exc + (t giro )x 2 + t desc. : tiempo de excavación * (min.) : tiempo de giro (min.) t desc : tiempo de descarga (min. ) * depende de de la profundidad y condiciones de excavación 45º - 90º 4-7 seg. 90º - 180º 5-8 seg. la Descarga en área fija 5-8 seg. Descarga en área NO fija 3-6 seg

16 PERFILADO DE TALUDES El trabajo de acabado o perfilado de taludes por su especificas operaciones se calcula por la siguiente expresión: A = Ancho de cucharón x longitud de perfilado x 3600 /Cm x E Donde: A : producción horaria en m 2 /h Cm E : tiempo del ciclo en seg. : coeficiente (eficiencia) utilizado PERFILADO DE TALUDES El tiempo de ciclo (Cm), es el necesitado por la excavadora para completar un ciclo, es decir, tiempo de perfilado y tiempos de traslados o desplazamientos a nuevas posiciones de trabajo y se calcula por la siguiente expresión: C m = t perfilado + t traslados t perfilado = Longitud de perfilado Velocidad de perfilado Longitud (m) 0,5 0,5 1,0 1,0 2,0 2,0 4,0 4 Velocidad (m/s) 0,2 0,1 0,08 0,05 0,02 Condiciones de excavación Profundidad de excavación 0-2 m 0-4 m > 4 m * tiempo en segundos Fácil Medio Regular Dificultosa

17 Condiciones del Trabajo Excelente Bueno Normal Algo pobre Pobre Mantenimiento de la máquina Excelente Bueno Normal Algo pobre Pobre 0,83 0,81 0,76 0,70 0,63 0,78 0,75 0,71 0,65 0,60 0,72 0,69 0,65 0,60 0,54 0,63 0,52 0,61 0,50 0,47 0,57 0,52 0,42 0,45 0,32 RENDIMIENTOS MEDIOS DE EXCAVADORA HIDRÁULICA CON EQUIPO PALA FRONTAL Capacidad de la cuchara en m 3 OPERACIÓN 0,35 0,50 0,65 1,0 2,0 A B C D E A Excavación y carga de tierra, barro, arcilla, grava y similares B Carga de tierra, barro, arcilla, grava y similares con piedras que por su tamaño NO obstruyen la carga. Carga de tierra, barro, arcilla, grava y similares con piedras que por su tamaño obstruyen la carga. C D Excavación y carga roca blanda. E Carga roca fracturada producto de explosivos RENDIMIENTOS MEDIOS DE EXCAVADORA HIDRÁULICA CON EQUIPO RETRO S/ CADENAS Capacidad de la cuchara en m 3 OPERACIÓN 0,35 0,50 0,65 1,0 2,0 A B C D E A Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad de hasta 2 m. Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad > de 2 m y < 5 m. B C D E Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad > de 2 m y < 5 m. Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad de hasta 2 m. Excavación de zanjas y cimientos en fango, en profundidad de mas de 2 m y hasta 5 m

18 RENDIMIENTOS MEDIOS DE EXCAVADORA HIDRÁULICA CON EQUIPO RETRO S/NEUMÁTICOS Capacidad de la cuchara en m 3 OPERACIÓN 0,25 0,30 0,50 0,60 A B C D E A Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad de hasta 2 m. B Excavación de zanjas y cimientos en tierra, barro, arcilla y similares, en profundidad > de 2 m y < 5 m. C Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad > de 2 m y < 5 m. DE Excavación de zanjas y cimientos en roca blanda, en profundidad de hasta 2 m. Excavación de zanjas y cimientos en fango, en profundidad de mas de 2 m y hasta 5 m ESPECIAL PARA DEMOLICIONES CONTROL VIA SATELITE Cortesía de NIST Building and Fire Research 18 18

19 Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu Dr. Daniel Alvear Portilla Ingeniería de la Construcción Dpto. de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos UNIVERSIDAD DE CANTABRIA - Dirección: GIDAI Grupo de Investigación y Desarrollo de Actuaciones Industriales E.T.S. Ingenieros Industriales y Telecomunicación Avda. Los Castros, s/n SANTANDER (Cantabria) ESPAÑA Telf Fax: capotej@unican.es Fin 19 19