3.- CRITERIOS GENERALES PARA LA ORGANIZACIÓN DE UNA OBRA DE MOVIMIENTO DE TIERRAS

PRESA DE COLAS SAN JOSE CONCLUIDA JUNIO 2011 - CAMINCO SA - NICARAGUA (Recuperado de https://youtu.be/6rlhqoTJLKI)

Ensayo, extraidos de apuntes del curso de Maquinaria y Equipos de Construcción del Ing. Jaime Ayllón Acosta Docente Titular de la UMSS - Bolivia

En todo proyecto de construcción que contemple movimientos de tierra es importante que haya una excelente programación por parte de la gerencia, y una muy buena comunicación entre las diferentes partes que conforman el proyecto desde el momento en que dicho proyecto se concibe y comienza a tomar forma, para así, poder alcanzar una optimización de tiempos y costos que cumpla con todas las expectativas de los inversionistas.

Los elementos de mayor preponderancia que determinan la organización de una obra, donde existe movimiento de tierras, son los siguientes:

1. Características del terreno.
2. Condiciones ambientales.
3. Caminos auxiliares de acarreo.
4. Volúmenes de trabajo.
5. Productividad del equipo.
6. Selección del equipo.
7. Plazo de ejecución.
8. Costo de la obra

3.1.- Características del terreno.

El movimiento de tierras es un trabajo que tiene como finalidad extraer material donde sobra para poner donde falta o desecharla. La combinación ideal de estas dos operaciones se conseguirá cuando los volúmenes se compensan. Situación difícil de lograr ya que la capa superior del terreno contiene material orgánico en gran porcentaje, que no es apto para la conformación de obras pre determinadas, por otra parte si los volúmenes de relleno son superiores a los de desmonte tendrá que utilizarse materiales de préstamo.

El Ingeniero responsable de la obra debe evaluar detalladamente los volúmenes de obra a ejecutar en desmonte y relleno, también es de gran importancia el conocimiento de las características del suelo, ya que cada uno ofrecerá diferente resistencia y dificultad a la excavación, al empuje y al transporte, por ejemplo suelos con un contenido elevado de roca ofrecerán mucha mayor resistencia a ser excavados que una arena suelta. De igual manera la humedad modificará el grado de resistencia, facilitando el deslizamiento de las partículas, hasta convertirlo en una masa pegajosa difícil de extraer y cargar.

Dependiendo del material se pueden tener dos tipos de trabajos: en tierra y en roca. Para los primeros, que por lo general se realizan por medios mecánicos, se deben considerar las características del terreno que influyen en el desempeño de la maquinaria correspondiente (cohesión, densidad, compacidad) y también factores intrínsecos como asentamientos, niveles freáticos o zonas plásticas. Respecto a los trabajos en roca, se consideran sus características (dureza, forma, estratificación, etcétera), así como la cantidad y tipos de explosivos a utilizar, en el caso de rocas de gran dureza.

3.2.- Condiciones ambientales.

El régimen pluviométrico y las temperaturas preponderantes de la zona donde se encuentra la obra, o la existencia de manantiales o pantanos, pueden dar lugar a la interrupción de los trabajos haciendo inaccesibles los caminos de acceso, o dificultando los trabajos de compactación por exceso de humedad del suelo.

En base a estas condiciones se podrá definir con una exactitud razonable los días de trabajo útil y el plazo en el que será concluida la obra. De igual manera el número de máquinas y los turnos de trabajo serán definidos de acuerdo a los días útiles de trabajo y al plazo que se dispone para la ejecución de la obra.

3.3.- Caminos auxiliares de acarreo.

En las obras alejadas de los centros poblados, especialmente en las viales, es necesario construir muchos kilómetros de caminos auxiliares para el transporte de materiales desde los bancos de préstamo, para el acarreo del volumen excedentario del suelo excavado hasta los depósitos o botaderos, para el ingreso a las fuentes de agua, para mantener el tráfico de automotores en la zona, o tan solo para facilitar el ingreso de equipos y suministros a la obra.

La construcción y mantenimiento de los caminos auxiliares de acarreo son costos directos del movimiento de tierras y tendrán una incidencia importante en el costo total, sin embargo no aparecen en el presupuesto general de la obra. La construcción de buenos caminos de acarreo constituirá una inversión favorable por los réditos económicos que producirá el ahorro de tiempo, debido a la velocidad que puede desarrollar el equipo de transporte, su menor deterioro y los volúmenes de tierra que pueden ser transportados.

La conservación de la superficie o capa de rodadura utilizando equipo auxiliar, cuando son grandes los volúmenes y largas las distancias de transporte, garantizará un rendimiento constante de las máquinas y un buen aprovechamiento de sus cualidades. La resistencia a la rodadura y la mala tracción que producen los caminos mal conservados limitará el peso de la carga y la velocidad que puede alcanzar el equipo de transporte.

3.4.- Evaluación de los volumenes de trabajo (cubicación).

Es necesario efectuar una evaluación de los volúmenes de obra con la mayor exactitud posible, para definir el número de máquinas y el tiempo de trabajo, teniendo en cuenta los cambios de volumen que sufren los materiales durante la ejecución de la obra.

La alteración del porcentaje de vacíos existentes entre las partículas del suelo en su estado

La alteración del porcentaje de vacíos existentes entre las partículas del suelo en su estado natural, producida por el esfuerzo mecánico aplicado al terreno, dará lugar a diferentes volúmenes para el mismo peso de material, por ejemplo un material inalterado al ser extraído de su lecho natural puede incrementar su volumen en un 20 %; si a este mismo material se le aplica un esfuerzo de compactación este volumen puede disminuir en un 30 % o más, con respecto al volumen suelto y en un 10 % o más con respecto al volumen original que tenía en su lecho.

El volumen de tierra, depende de las condiciones en que se encuentre, ya sea en su estado natural (sin excavar), suelta (después de ser excavada), o compactada mediante el uso de un esfuerzo mecánico.

Generalmente la productividad de las máquinas se expresa en función de tierra suelta, sin embargo los proyectos consideran para su evaluación económica volúmenes en banco para los itemes de excavación o desmonte y volúmenes compactados para los terraplenes o rellenos.

De acuerdo a lo anterior existen tres tipos de volúmenes:

• Volumen en banco: tal como se encuentra en la naturaleza.
• Volumen suelto: medido después que el suelo ha sido excavado manualmente o utilizando equipo mecanizado.
• Volumen compactado: que se mide después que el material ha sido compactado mediante la aplicación de un esfuerzo mecánico.

3.4.1.- Factores de conversión de los volumenes de tierra.

Factor volumétrico de conversión o factor de expansión: Es el resultado de la relación entre la densidad de tierra suelta y la densidad de la tierra en banco, o de la relación del volumen en banco y el volumen suelto.

Factor de compresibilidad: Es el factor que relaciona el volumen de material compactado y el volumen en banco.

Los factores de conversión pueden ser obtenidos en laboratorio, o copiados de la bibliografía existente sobre el tema, donde es posible encontrar valores para diferentes tipos de materiales, con diferentes nombres y nomenclaturas. Para nuestro caso ver las Tabla N⁰ 4.1.1: Comportamiento de materiales y Tabla N⁰ 4.1.2: Densidades y cambios de volumen en el capítulo IV.

3.5.- Productividad del equipo.

En toda obra con equipamiento mecanizado, un problema de suma importancia es el cálculo de la producción de las máquinas. El primer paso para estimar la producción es calcular un valor teórico que luego es ajustado a las condiciones reales de la obra, de acuerdo a cifras obtenidas en experiencias anteriores o en trabajos similares; la productividad finalmente asumida no debe ser ni muy optimista ni antieconómica.

Para el cálculo de la productividad teórica, se dispone de la información que proporcionan los fabricantes, de acuerdo a las características particulares de cada máquina; estos valores deben ajustarse de acuerdo a los elementos operativos, las condiciones geológicas, topográficas, climáticas, etc. que prevalecerán en la obra.

3.5.1.- Factores que influyen en la productividad del equipo.

Entre los factores que influyen en la productividad, además de los factores propios de cada máquina, podemos señalar los siguientes:

a).- Factor de eficiencia de trabajo.- Es la evaluación del tiempo efectivo de trabajo durante cada hora transcurrida, vale decir la cantidad de minutos trabajados por cada hora cronometrada.

Tabla N^o 1.3.1: Factor de eficiencia de tiempo "t"

Tiempo trabajado por hora	Factor "t"	Calificación
60	1	Utópico
50	0.83	Bueno
40	0.67	Regular
30	0.50	Malo

b).- Factor de operación.- Representa la habilidad, experiencia y responsabilidad del operador. En nuestro medio de asigna un valor igual a 1 para aquellos con amplia experiencia y probada capacidad y igual 0.8 para operadores promedio.

c).- Altura.- La altura del terreno sobre el nivel del mar, tiene una influencia importante en la potencia de los motores. Cuando una máquina estándar funciona a grandes altitudes, la potencia disminuye debido a la disminución de la densidad del aire. Esta pérdida de potencia produce la correspondiente disminución de tracción en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras de la máquina. Hasta los 1.000 mts es posible conseguir que los motores desarrollen el 100 % de su potencia; a partir de esta altitud se presenta un porcentaje de perdida de potencia equivalente al 1% por cada 100 metros de altura (es recomendable consultar con el manual del equipo).

Para evaluar el efecto de la reducción de potencia en la productividad de la máquina se incrementa la duración del ciclo en un porcentaje igual a la pérdida de potencia del motor a causa de la altura.

d).- Factor de administración.- La eficiencia de la administración en campo e incluso en la oficina central, es un elemento importante para la productividad que se pueda obtener con las máquinas. La adecuada planificación, dirección y control de la obra permitirá mejorar la productividad del equipo en su conjunto, de la misma forma que un adecuado y oportuno mantenimiento de las máquinas y la provisión oportuna de repuestos, combustibles y lubricantes.

e).- Factor de eficiencia de trabajo.- Resulta de la evaluación de los factores que son constantes en una obra y pueden ser aplicados a todos los equipos que se utilizan en ella, tales como el factor de eficiencia en tiempo, de operación, de altura, y de administración.

De acuerdo a las características de cada obra, existirá una combinación diferente de factores que darán como resultado un valor propio, como posteriormente veremos.

3.6.- Selección del equipo.

A continuación se muestra esquematicamente el procedimiento adecuado que debe realizarse para elegir la maquinaria más adecuada en los movimientos de tierra. Es de anotar que como se vio anteriormente, es imposible recomendar una sola máquina dependiendo únicamente de las propiedades geotécnicas del suelo (tipo de material con el que se va a trabajar), pues sobre el rendimiento de dicha máquina también influyen factores tales como el porcentaje de pendiente del terreno, la distancia de acarreo, la eficiencia del trabajo, la habilidad de operador, costo de adquisición de las máquinas, etc. Además, el responsable de la obra debe conocer muy bien el procedimiento de diseño que se empleo desde el comienzo del proyecto con el fin de crear un criterio de selección de la maquinaria que va mas allá del simple hecho de definir las condiciones de trabajo de la obra, ya que desde la concepción del proyecto, se va creando una idea clara de cómo se deben realizar los trabajos de movimiento de tierras, comenzando por el acceso al lugar de trabajo el cual debe ser identificado en la visita inicial con el asesor. El procedimiento es el siguiente:

Teniendo como propósitos principales concluir satisfactoriamente la obra en el plazo estipulado y asegurar la obtención de ganancias. Como ayuda presentamos los siguientes gráficos, que nos muestran esquematicamente los criterios a tomar en cuenta de acuerdo a la planificación y programación del proyecto:

Criterios:

a).- Trabajo a efectuar.

b).- Capacidad de carga.

c).- Area disponible de trabajo.

d).- Tren de propulsión.

e).- Condiciones especiales.

Es importante considerar, además, la disponibilidad de las máquinas en el mercado, la oferta de repuestos, las facilidades ofrecidas para el mantenimiento, y la posibilidad real de adjudicarse obras similares para garantizar su uso continuado hasta el final de su vida útil, lo cual volveremos a tratar cuando se tenga mayor criterio.

3.6.1.- Factores que se consideran en la selección del equipo.

Para efectuar una correcta selección de las máquinas, se deben considerar cuando menos los siguientes factores.

a).- Características de la obra.

Realizar un minucioso estudio de prefactibilidad del terreno sobre el cual se ejecutará el proyecto, identificando:

i).- Magnitud.- La magnitud de la obra nos definirá la cantidad, la variedad y la potencia del equipo requerido, de acuerdo a los volúmenes estimados para cada ítem. Además, la conveniencia de que este equipo sea comprado, alquilado o una combinación de ambas opciones.

ii).- Ubicación.- La ubicación de la obra, nos proporcionará referencias de los centros urbanos más próximos, de la disponibilidad de vías de acceso, de la posibilidad de suministro de materiales y combustibles, de la oferta de mano de obra, de la facilidad de compra de repuestos, etc. Además de las condiciones climatológicas de la zona y de su régimen pluviométrico.

iii).- Características del terreno.- Tener una impresión general de la topografía del terreno con el fin de reconocer los sectores más críticos para el trabajo con maquinaria, ya que uno de los factores que influyen en el tipo de maquinaria a emplearse es la resistencia a la pendiente y por lo tanto, esta impresión nos da una visión general del tipo de rodamiento que vamos a requerir por lo menos para comenzar los trabajos. La información de las características del terreno y su conformación geológica (contenido de roca, granulometría, humedad, etc.), será la base para determinar las cualidades técnicas que debe tener el equipo y su grado de especialización.

b).- Potencia del motor.

La potencia del motor de la máquina estará de acuerdo a su tamaño, y su tamaño de acuerdo a la magnitud con que trabajará en un determinado tiempo.

Potencia es la energía del motor en acción, que es capaz de efectuar un trabajo, a una velocidad determinada, se requiere potencia para empujar, levantar o jalar una carga. Para determinar la potencia de las máquinas se debe tener en cuenta la disminución de potencia que ocasionan la fricción interna del motor y las pérdidas generadas por las condiciones de trabajo.

Para tener más claro el estudio, se debe hacer el estudio de la potencia disponible en relación de la potencia nominal al volante y las perdidas que originan las condiciones de operación y la fricción interna de la máquina, así mismo su relación con la potencia utilizable, además de la relación de estos con la resistencia total que ofrece el medio a la máquina como son la resistencia a la rodadura y la resistencia a la pendiente, que más adelante estudiaremos en el acapíte correspondiente a las ecuaciones de velocidad.

c).- Rendimiento.

Calcular el rendimiento de la maquinaria que se tenga disponible para ejecutar los trabajos, para lo cual es necesario conocer las capacidades y experiencia del operador, la climatología, la altitud, la situación de los accesos, entre otros.

d).- Costo de producción.

Se debe calcular los costos de realizar los trabajos con cada una de la maquinaria más adecuada y opcional para realizar los trabajos. Con los datos obtenidos de este cálculo de costos, se debe proceder a realizar un análisis minucioso máquina por máquina hasta llegar a la conclusión de decidir, con argumentos validos, cual es la maquina más apropiada para realizar dicho trabajo.

e).- Oferta del mercado.

Es importante conocer, la oferta de equipos y repuestos que existe en el lugar donde se encuentra la obra, en las ciudades más próximas y en el mercado nacional; para hacer un análisis comparativo de marcas, modelos, potencia, versatilidad, disponibilidad de repuestos, facilidad de importación, etc., en relación a su costo.

También es necesario hacer un análisis realista de las ofertas de trabajo existentes para el futuro, con el objeto de definir los periodos de amortización y tener un criterio sobre la cantidad de recursos económicos que racionalmente se pueden invertir en la compra de máquinas, para garantizar que su recuperación sea producto del trabajo del mismo equipo, en un plazo razonable y redituando ganancias para el inversor, en proporción al monto invertido.

Si la obra es pequeña y no existen posibilidades inmediatas para asegurar el uso continuado de las máquinas hasta que amorticen su costo, la opción más conveniente será alquilar todo el equipo o parte del requerido para la obra, aprovechando las facilidades que brinda el mercado. Si la empresa dispone de máquinas de su propiedad, prioritariamente se deberá considerar su utilización, en este caso solo se analizaran las opciones para el equipo faltante.

Sobre la base del análisis de los puntos anteriores de definirá, en primer lugar, la mejor alternativa entre comprar o alquilar equipo. De haberse optado por la compra, se analizará cada máquina para definir las cualidades que debe reunir: potencia, dimensiones, características mecánicas, etc. y de acuerdo a estas características, a la oferta de trabajos futuros, a la facilidad de mantenimiento y provisión de repuestos, al costo y a las condiciones de pago se deberá elegir el número de máquinas, la marca y modelo más convenientes.

3.7.- Plazo de ejecución.

En todos los proyectos de construcción el tiempo es un factor fundamental, el no concluir una obra en el plazo estipulado puede ocasionar el fracaso del plan de trabajo y pérdidas económicas por una mayor erogación de recursos y por la aplicación de multas establecidas en el contrato, para casos de incumplimiento.

Para cumplir con el plazo comprometido se deberá conseguir un equilibrio racional entre el tipo y el número de máquinas y el tiempo de trabajo de cada una de ellas, con este fin, es conveniente elaborar un plan de ataque y un cronograma de utilización del equipo, para garantizar el uso eficiente de equipo y personal.

3.7.1.- Plan de ataque o ejecución de la obra.

En este plan se define la organización y la forma en que será ejecutada la obra, las temporadas más propicias para ejecutar los diferentes ítemes y su secuencia cronológica. Se deberá estimar las horas de trabajo necesarias para cada ítem, además de evaluar las horas improductivas que tendrá cada máquina. Este plan permitirá confeccionar el listado del equipo requerido para cumplir con el plazo.

3.7.2.- Cronograma de utilización del equipo.

Partiendo del plan de ataque, se confecciona un cronograma de utilización del equipo, definiendo la participación cronológica de cada máquina y la cantidad de horas de trabajo necesarias para cada fase de la obra.

Este cronograma y los volúmenes calculados para cada ítem permitirán definir el tipo, la potencia y la cantidad de máquinas que se requieren para cada ítem. Además de establecer con mayor exactitud la cantidad de horas improductivas de cada equipo, y el plazo de ejecución de la obra.

3.8.- Costo de obra.

Las metas principales que se pretenden conseguir con la organización son: concluir la obra en el menor tiempo posible y obtener el mayor rédito admisible. Para que una obra garantice la obtención de beneficios económicos para la empresa, se requiere un programa de ejecución adecuado, una administración eficiente y un control riguroso del gasto.

El Contratista antes de presentar su propuesta deberá hacer un análisis detallado de precios unitarios, considerando las condiciones particulares de la obra y todos los factores que influyen en su ejecución.

Generalmente se consideran los siguientes conceptos:

a).- Costos fijos.- Corresponden a la amortización y depreciación del equipo, al interés del capital invertido y al costo de seguros.

b).- Costos directos.- Son las erogaciones que se realizan para la compra de materiales, para el funcionamiento del equipo (combustible, lubricantes, filtros, neumáticos, etc.), los salarios del personal, el costo de conservación y reparación del equipo.

c).- Costos generales.- Representan los gastos administrativos, de dirección y supervisión, del apoyo logístico a la obra, alquiler y equipamiento de oficinas, salario de secretarias, materiales de escritorio, etc.

d).- Utilidad.- Es el porcentaje de ganancia a que tiene derecho el dueño de la empresa, el cual dependerá de las condiciones de mercado y de la política que sigue su administración.

e).- Impuestos.- En el costo final se debe considerar el monto que corresponde al pago de impuestos, especialmente los correspondientes al I.G.V. y otros.

Tarea Virtual Realizar un Mapa Mental en Mindomo; respecto al Video que se muestra:

Video: Productividad en proyectos de Movimiento de Tierras con Herramientas LEAN.(Recuperado de: https://youtu.be/KJU1Dj0h0cE)

Video: ¿Qué es LEAN MANUFACTURING?- Aprende lo que es la MANUFACTURA ESBELTA? Lean TOYOTA Ejemplos(Recuperado de: https://youtu.be/4K9B7twABNg)