4.- CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN HORARIA.

El primer paso para la planeación de todo trabajo de movimiento de tierra, es el cálculo de la producción teórica de las máquinas. Este valor teórico puede luego compararse con los valores reales obtenidos en proyectos anteriores similares.

Si no se tiene datos de otros proyectos similares o no se tiene la experiencia en este tipo de trabajo, hay que tener mucho cuidado al aplicar los factores de corrección y de eficiencia para el cálculo de la producción, pues se pueden obtener valores optimistas, pesimistas y si se desea valores promedios. Lo importante es que se comprenda bien los términos y los cálculos para así obtener unos valores adecuados lo más cercanos posibles a la realidad de la operación que se va realizar.

En la producción por hora se puede encontrar en las gráficas de producción de las máquinas estimadas por el fabricante y su valor está dado dentro de ciertas especificaciones ideales, por lo tanto no están afectadas por los factores que interviene en el rendimiento real y final de cada máquina. Si se trabaja con base de estos dato para averiguar una producción más real debe multiplicarse por los factores de eficiencia y corrección.

También se puede calcular por medio de la fórmula general, donde la producción por ciclo de cada máquina se calcula, ya sea por datos tomados de las especificaciones de las máquinas (la topadora, del cucharón, de la caja de carga, etc.) y/o por fórmulas especificas para cada tipo de máquina.

El número de ciclos por hora se puede calcular por medio de fórmulas y con la ayuda de datos encontrados en las hojas de especificaciones de cada máquina, tales como el número de marchas que tenga y las velocidades que puedan desarrollar en cada una de ellas o por datos reales de tiempos tomados en la obra. de todas maneras se recomienda hacer el primer cálculo para tener un parámetro de comparación y determinar si las máquinas se están operando dentro del rango y especificaciones dadas por el fabricante, o si por el contrario el rendimiento está muy bajo y tomar las medidas correctivas necesarias.

4.1.- Producción de Tractores con hoja topadoras.

La producción de los tractores depende de las dimensiones de su hoja topadora (tipo), de la potencia del motor, del tipo de suelo (granulometría, forma de las partículas, contenido de roca, humedad, etc.), de la velocidad que puede alcanzar la máquina, de la distancia a la que se debe empujar el material excavado, de la habilidad del operador, etc., por lo que se debe tener muy en claro las normas de operación:

Video: Norma de operación para los Bulldozers

Fuente: Universidad Politécnica de Valencia (UPV) - España (Recuperado de https://youtu.be/A98GvCniheE)

a).- Características del suelo que influyen en la productividad de los tractores:

i).- Tamaño y forma de las partículas.- Mientras más grandes sean las partículas del suelo presentarán una mayor dificultad a la penetración de la cuchilla. Las partículas de bordes cortantes dificultan la acción de volteo que produce la hoja, exigiendo una mayor potencia.

ii).- Cantidad de vacíos.- Cuando no hay vacíos, o son muy pocos, la mayor parte de la superficie de cada partícula está en contacto con otras, constituyendo una ligazón que debe romperse. Un material bien nivelado carece de vacíos y es generalmente muy denso, de modo que ofrecerá mayor dificultad para ser extraido de su lecho natural.

iii).- Contenido de agua.- En materiales secos es mayor la ligazón entre las partículas, por lo cual es más difícil su extracción. Si están muy húmedos, pesan más y se necesita mayor potencia para empujarlos. Con un grado óptimo de humedad, es muy bajo el contenido de polvo, resulta muy fácil empujar.

Fig. N⁰ 4.4.1: Capacidad de una hoja recta en distintos suelos

b).- ¿Qué hace a un tractor ser productivo?

La respuesta sería, tener una buena relación de peso, potencia, fuerza de tracción y tipo de hoja.

i).- Relación Peso - Potencia.- Es la habilidad para mover un peso.

Relación Peso – Potencia de los tractores CAT

Fig. N⁰ 4.4.2: Mantienen la misma habilidad de mover la carga.

ii).- Fuerza de tracción.- Se debe garantizar una buena tracción utilizando la dinámica de máquinas, para la cual se debe utilizar los gráficos del fabricante, como ejemplo pones el de dos máquinas CAT:

Fig. N⁰ 4.4.3: Gráficos Tracción - Velocidad.

La Tracción de la máquina está de acuerdo a su cofiguración.

Fig. N⁰ 4.4.4: Fuerza de Tracción de acuerdo a su configuración.

iii).- Tipo de hoja.- Se debe hacer una buena selección de la hoja de acuerdo a la aplicación, tipo de material, tamaño del tractor y transportabilidad.

Fig. N⁰ 4.4.5: Clases de hoja para un mismo tipo.

c).- La producción se puede determinar con base en las especificaciones y datos suministrados por el fabricante o por medio de fórmulas, según la práctica recomendada por la norma SAE J1265.

Fuente: Manual de Rendimiento CAT Ed. 31

Gráfico N⁰ 4.4.1 Producción y costos de acuerdo a la distancia

Como se observa en los gráficos anteriores el máximo rendimiento lo alcanza un Buldócer excavando en determinado tipo de suelo (clasificación I) a la distancia de 7 m, lográndose altos rendimientos en la excavación y acarreo hasta los 25 m, aunque se logran aceptables rendimientos hasta los 45-50 m, de ahí en adelante el rendimiento cae bruscamente fijándose como límite máximo económico los 90 m, pues como se observa en el gráfico(b) el costo unitario ($/m³) tiende a infinito en esa distancia.

Luego: los Buldózeres deben operarse entre los 7 y 25 m y como máximo a 50 m para asegurar altos o al menos aceptables rendimientos.

En general el procedimiento a seguir para realizar la elección del Buldózer idóneo, técnica y económicamente para hacer un trabajo es:

• Conocer las características del trabajo a realizar (dureza de suelo, distancia media de trabajo, dimensiones principales de la labor, etc.).
• Definir los parámetros fundamentales del equipo (potencia, peso, capacidad) así como sistemas de mando y órganos de trabajo disponibles.
• Elegir el equipo idóneo como aquel de potencia, parámetros y características más adecuadas a la actividad a realizar, de forma tal de asegurar mínimos costos con altos rendimiento.

4.1.1.- Producción de Tractores con hoja topadoras de acuerdo con las gráficas de producción del fabricante.

Gráfico N⁰ 4.4.2: Ejemplo de Producción calculada para hojas universales

Fuente: Manual de rendimiento Caterpillar Ed. 40

La producción calculada que se encuentra en las gráficas, se basa en las condiciones siguientes:

• 100% de eficiencia de trabajo, es decir 60 minutos de trabajo.

• Máquinas de servotransmisión con tiempos fijos de 0,05 minutos.

• La máquina corta una distancia de 15 m (50') y luego acarrea la carga de la hoja para arrojarla por encima de una pared alta (Tiempo de descarga: 0 s)

• Densidad de material suelto de 1370 kg/m³.(2 300 lb/yd³s)

• Coeficiente de tracción*:

  • Máquinas con orugas = 0.5 o más.

  • Máquinas con llantas = 0.4 o más

• Se utilizan hojas controladas hidráulicamente

• El cambio o marcha recomendado en la servo transmisión según la operación a ejecutar es:

  Tabla N⁰ 4.4.1: CAMBIO POR SERVO TRANSMISIÓN RECOMENDADA

  Tipo de operación
  	Cambios
  Excava	1F**
  Llevar	2F**
  Regresar	2R**

  *Se supone que el coeficiente de tracción es de al menos 0,4. Si bien una tracción deficiente afecta tanto a vehículos de cadenas como de ruedas, lo que obliga a reducir las cargas en la hoja, los efectos en las unidades de ruedas son mucho mayores y su producción disminuye con mayor rapidez. Aunque no hay reglas exactas para predecir esta disminución, una regla empírica aproximada indica que los tractores topadores de ruedas pierden 4 % de producción por cada centésimo de disminución en el coeficiente de tracción por debajo de 0,40 Por ejemplo, si el coeficiente de tracción es 0,30, la diferencia es de 0,10 y la producción, de 60 % (10 X 4 % = 40 % de disminución)

  **La secuencia de engranajes está basada en un terreno de horizontal a en bajada, con material de liviano a medianamente denso y sin extensiones de la hoja, como podrían ser planchas de derramado, protección contra rocas, etc Si se superan estas condiciones puede ser necesario llevar en 1F, pero la productividad debería ser igual, o superar, las condiciones normales debido a las cargas más grandes que pueden llevarse en 1F

En este caso se debe aplicar la siguiente fórmula:

Producción (m³S/hr) = Producción calculada*factores de corrección (f)      (1)

Donde:

• f_o es el factor de corrección por habilidad del operador.
• f_m es el factor de corrección por Condición del material.
• f_w es el factor de corrección por tipo de trabajo (si los tractores trabajan solos o lado a lado).
• f_v es el factor de corrección por visibilidad.
• f_e es el factor de corrección por método de zanja.
• f_h es el factor de corrección por hoja.
• f_t es el factor de corrección por eficiencia de trabajo.
• f_p es el factor de corrección por pendiente o inclinación.
• f_d es el factor de corrección por densidad de material.

Si se desea hallar la producción en banco, se le puede aplicar el factor de carga correspondiente a la producción suelta corregida, de acuerdo a la tabla.

Producción (m³B/hr) = Producción (m³S/hr)*factor de carga

Factores de corrección: La siguiente tabla sirve para encontrar este factor y aplicándolo a la fórmula (1) se puede obtener datos más reales de la producción.

Tabla N⁰ 4.4.2: FACTORES DE CORRECCIÓN

Fuente: Caterpillar y Komatsu                                                               

Tabla N⁰ 4.4.3: FACTORES DE HOJA

Fuente: Komatsu y Fiat - Allis                                       

Nota.- Si usa esta tabla no tome en cuenta el facor por Condición de Materia f_m.

Gráfico N⁰ 4.4.3: Factor de pendiente o inclinación

Fuente: Caterpillar

Tabla N⁰ 4.4.4: Pesos Unitarios de los Suelos.

Fuente: Manual de Rendimiento Ed. 40 Caterpillar

Ejemplo

Producción de un tractor sobre orugas, utilizando graficos del Manual de rendimiento CAT (Recuperado de: https://youtu.be/go43QGAjqrg)

Fuente: Gustavo Manuel Livisi Mogollon

4.1.2.- Producción de Tractores con hoja topadoras de acuerdo a fórmulas y a las especificaciones de la máquina.

Video: Cálculo de la Producción de un BULLDOZER

Fuente: Juan De la Torre - TECSUP

4.1.2.1.- Producción por ciclo (q).

Fig. N⁰ 4.4.6: Dimensiones de la hoja a tomar de su manual respectivo

Dónde:

q: Producción por ciclo (m³/ciclo). (hay que aplicar necesariamente los factores de corrección)

L: Ancho de la hoja (m).

H: Altura de la hoja (m).

a: Factor de la hoja.

Tabla N⁰ 4.4.5: FACTOR DE HOJA

También , el volumen que mueve el tractor se puede calcular, de acuerdo a la figura N⁰ 4.4.2

Donde:

V_S: Capacidad de Hoja (m³).

L: Longitud de Hoja (m).

H: Altura de la Hoja(m).

: Ángulo de reposo del Material.

Tabla N⁰ 4.4.5A: Ángulo natural de reposo de varios Materiales

TRACTOR DE ORUGA "Técnicas para el operador" (Recuperado de: https://youtu.be/akRhx7dE-1o)

4.1.2.2.- Tiempo de ciclos (Cm) en minutos.

El ciclo de un tractor para las operaciones de empuje de material se compone de tres labores: empujar, regreso y maniobras.

El tiempo requerido para empujar y regresar puede calcularse para cada modelo de tractor, considerando las distancias de empuje y obteniendo una velocidad de la carta de desempeño de la máquina. El tiempo será el resultado de la división de la distancia entre la velocidad. Algunas cartas ofrecen el tiempo directamente, ingresando con la distancia.

4.1.2.2.1.- Marcha adelante y marcha atrás.

Como regla general se escoge de 3 - 5 km/h, para marcha adelante y 5 - 7 km/h, para marcha atrás.

Pero para mayor exactitud debe calcularse, utilizando el manual de rendimiento.

Para máquinas con Power Shift la marcha adelante se toma como 0.75 del máximo y la velocidad de marcha atrás como el 0.85 del máximo.

También puede utilizar la fórmula del equilibrio dinámico: T_D = RT

4.1.2.2.2.- Tiempo requerido para realizar manobras o tiempos fijos.

Normalmente los tiempos fijos tienen una duración de 0.05 a 0.25 de minuto.

Tabla N⁰ 4.4.6: TIEMPO REQUERIDO PARA REALIZAR MANIOBRAS

Nota.- La ecuación para la obtención de la Producción, se basa en condiciones estándard.

4.1.2.2.3.- Factores de corrección para el cálculo de producción.

Los tractores tienen ciertas limitaciones en cuanto a la distancia de acarreo y al nivel del piso de excavación. La distancia máxima de acarreo aconsejable es de 100 metros, al excederse resultaría anti económico el uso de está máquina. De cualquier manera debe considerarse que en las distancias mayores de 30 metros el rendimiento disminuye 5% por cada 30 metros adicionales. Asimismo cuando se trabaja cuesta arriba el volumen disminuye 4% por cada 1% de pendiente (recomendamos el uso de factores de corrección indicados al principio del capítulo).

Otro factor que afecta el rendimiento de estas máquinas es la altitud a la que se encuentran trabajando. Se considera que arriba de los 1000 metros sobre el nivel del mar, la producción se afecta del orden del 1% por cada 100 metros de altura. El uso de turbocompresores y enfriadores de aire de admisión en los motores de los tractores, tienden a compensar esta disminución en el rendimiento (consultar el manual de rendimiento del fabricante).

También debemos considerar el factor de corrección de material (m)(ver tabla al inicio del capítulo)

Tabla N⁰ 4.4.7: OTROS FACTORES DE CORECCIÓN

Ejemplo Cálculo de Producción realizado por alumnos: .

Video: Cálculo de la Producción de un BULLDOZER D8R

Presentado por los alumnos: Atusparia Rodríguez Yury, Vásquez Hoyos Manuel y Vega Cruz Liz

Ver: PRODUCCIÓN HORARIA PARA BULLDOZER en excel Macros, mediante fórmulas, del mismo grupo.

Ver: PRODUCCIÓN HORARIA PARA BULLDOZER en pdf, mediante fórmulas, del mismo grupo.

Ver: Plantilla de cálculo de producción en excel, mediante fórmulas.

4.1.3.- Producción de Tractores con hoja topadoras de acuerdo a la medición de la carga.

a).- Por Observación directa.

El rendimiento por observación directa es la medición física de los volúmenes de los materiales movidos por la máquina durante la unidad horario de trabajo, tiene la desventaja de que no proporciona resultados a priori, es decir, si se desea programar con anticipación el rendimiento de la máquina este método nos sería práctico si no se tiene experiencia en el ramo, materiales, clima, cabe destacar que es muy útil cuando se trata de calcular un valor muy próximo la realidad.

Para aplicar esta técnica se puede usar el siguiente procedimiento:

• Obtener en planos o con topografía el volumen de la sección transversal por excavar.

• Medir en el campo el tiempo que requiere para obtener esa excavación.

• Dividir el volumen entre el tiempo y se obtendrá el rendimiento del tractor en m³/h

b).-Otro prcedimiento de observación directa.

Este es un método empírico, pero su aplicación es sencilla y su resultado puede ser aceptable.

Los pasos a seguir son las siguientes:

1. Ejecutar una operación normal de arranque y arrastre de la carga hasta una superficie que esté nivelada

2. Levantar la topadora y cuando esté cerca de la parte superior de la carga, avance un poco a fin de que el montón quede simétrico.

3. Retroceder para no quedar cerca del montón.

4. Tomar la medida de acuerdo con el siguiente esquema:

   

   Fig. N⁰ 4.4.7: Medidas para el cálculo de rendimiento

   • Altura media (H).- Colocar el metro verticalmente a partir del borde interior de la huella de la oruga y tomar que da con la proyección horizontal de la cúspide del montón, de debe tomar para la dos huellas de la oruga.

     H = (H1+H2)/2

   • Ancho medio (W).- Colocar el metro horizontalmente sobre el montón y tomar la medida que da la proyección vertical desde el borde interior de cada una de las orugas y el lado correspondiente al otro lado del montón.

     W = (W1+W2)/2

   • Longitud máxima de la pila(L).- Colocar el metro sobre el piso y tomar la medida que proyectan los dos puntos extremos del montón.

5. Con las medidas anteriores, calcular la carga de la topadora, aplicando la siguiente fórmula:

   Carga en m³ sueltos = 0.0138*(H*W*L)

6. Para hallar la producción por hora, relacionar la producción por carga y el tiempo que el tractor gastó en efectuar la operación de una sola carga.

4.1.4.- Producción de Tractores con hoja topadoras de acuerdo a la medición de la carga por el pesaje de cargas.

Se toma el tiempo que el tractor se demora en hacer una producción determinada, se le sacan cargas unitarias y se pesan. Las cargas unitarias pueden ser la capacidad de carga del cucharón de un cargador o la capacidad de carga de la caja de un volquete (preferentemente si se puede este último), esta se multiplica por la cantidad de cargas que se hicieron para determinar la producción, con esto averiguamos el peso total de la producción, si este valor se divide por el tiempo total invertido por el tractor en la operación inicial, se puede obtener el dato de la producción en peso por unidad de tiempo. Este valor si se desea lo puede convertir en volumen en banco o suelto por unidad de tiempo.

4.1.5.- Producción de Tractores en Desmonte.

El desmonte de terreno consiste en el retiro de árboles, maleza y vegetación en la zona del camino porque su efecto en la estructura del pavimento es funesto por su degradación en el tiempo o la generación de asentamientos no deseados. Esto ocurre con frecuencia cuando se abre un nuevo trazo. Existen cuchillas especiales para limpieza de terreno, pero pueden usarse cualquiera de las anteriormente mencionadas.

Las tareas concretas en la limpieza de terreno pueden comprender la remoción de árboles y raíces, vegetación, el almacenamiento de este material y quema posterior. Algunas veces se especifica en los proyectos las tareas que se espera realice el contratista dentro de es ta partida, pero por lo general no se hace mayor indicación al respecto.

Los tractores usados para las actividades de limpieza de terreno tienen potencias entre 160 y 460 HP. La dimensión del tractor influye en la velocidad que puede desarrollar, además de las condiciones del terreno. La mejor y más segura forma de estimar la producción siempre será usando información histórica de proyectos similares. Cuando no se disponga de información se puede aplicar los métodos sugeridos a continuación.

En cualquier método que se use para la estimación de la producción se debe tomar en cuenta como factores críticos la naturaleza de la vegetación (número, dimensión, tipo de madera y raíces de los árboles), las condiciones del terreno (cohesión, humedad, presencia de roca y nivel freático), las condiciones topográficas, las condiciones climáticas (temperatura y lluvia) así como las especificaciones de trabajo.

Es indispensable visitar el lugar para recoger la información pertinente y evaluar las posibles variaciones que puedan tomarse en cuenta al aplicar los métodos de cálculo. Cuando se tiene poca vegetación y es posible limpiar el terreno con una velocidad constante, la producción se puede estimar con una fórmula basada en la velocidad y el ancho de pasada.

Donde:

Q es la producción en m²/h.

W es el ancho de corte o ancho de la cuchilla, en m.

V es la velocidad con que se hace el trabajo, en m/s.

E es la eficiencia de trabajo (sugerida en 49.5 min/h).

El ancho de corte no siempre coincidirá con el ancho de la cuchilla. Si ésta se trabaja con una determinada inclinación, el ancho será la proyección del ancho en un plano perpendicular al eje del tractor. Cuando no es posible visitar la zona o tener información detallada de la vegetación o el número de árboles por hectárea, se puede usar un método más rápido que relaciona el área con factores de eficiencia y de producción unitaria.

Donde:

T es el tiempo que demora limpiar una área A considerando una eficiencia (E) y un factor de producción (F_P) dados, según se muestra enseguida. estos valores consideran un máximo de 124 árboles por hectárea, con diámetros no mayores a 45 cm. Unas condiciones distintas a éstas implicarán un incremento o una reducción en los valores sugeridos en esta tabla.

Tabla N⁰ 4.4.8: Valores de producción unitaria para el cálculo de producción en limpieza de terreno (h/Ha)

Una vegetación liviana se considera cuando los árboles tienen menos de 30 cm de diámetro y una vegetación espesa, alrededor de 45 cm de diámetro. En la tabla se muestran los valores de producción en horas por hectárea para diferentes capacidades de tractores y de vegetación.

Cuando se tienen datos más aproximados sobre el tipo de vegetación y número de árboles, es posible aplicar un tercer método sugerido por Rome Industries, sugerido también por Caterpillar. El método se basa en una fórmula que calcula el tiempo para limpiar una hectárea de terreno con determinadas características de vegetación y adiciona un tiempo determinado por cada árbol adicional que hay que retirar. Este método considera dos ecuaciones, una para las tareas de corte y otra para las tareas de apilamiento. Si se realizan ambas tareas, es necesario sumar los tiempos para hallar uno total. Para las tareas de corte, se sugiere la ecuación:

Donde:

H: es el factor de dureza de la madera. Es igual a 1.3 si más del 75% de la madera es dura; y 0.7 si lo es menos del 25%.

A: es el factor de densidad de los árboles, siendo igual a 2 si hay más de 1480 árboles por hectárea y 0.7 si hay menos de 990 árboles por hectárea.

B: es el tiempo básico que representan el tiempo mínimo que requiere un tractor de determinada potencia para limpiar una hectárea de terreno, como se ve en la siguiente tabla, en min./Ha.

M: son los minutos que demora un tractor de determinada potencia para cortar un árbol de determinado diámetro, como figura en la Tabla siguiente.

N₁: es el número de árboles por hectárea de un determinado diámetro.

D: es la suma de los diámetros en incrementos de 30 cm de todos los árboles por hectárea de más de 180 cm de diámetro al nivel del suelo.

F: es el tiempo que demora en cortar 30 cm de un árbol de más de 180 cm de diámetro.

Los valores de B, M₁, M₂, M₃, M₄ y F se muestran en la Tabla presentada a continuación, según la potencia de los tractores.

Tabla N⁰ 4.4.9: Factores de producción para el corte de árboles con hojas Rome K/G

Estos valores son aplicables con tractores que tienen servo transmisión, están en buen estado de conservación y trabajan con terrenos de pendiente moderada.

Para las tareas de apilamiento, se sugiere la siguiente ecuación:

Donde:

X: es el factor de trabajo de los tractores. Si se usan tres o más tractores al mismo tiempo, este factor se convierte en 0.5 ó 0.75, según la cantidad y tamaño de los árboles. Cuando la obra requiera apilar árboles y tocones desarraigados de más de 30 cms. de diámetro, este factor se convierte en 1.25.

C: es el factor de densidad de la vegetación. En matorrales densos con troncos de poco diámetro y pocos árboles o ninguno o cuando las lianas dificultan el corte, este factor llega a ser 0.7.

B: es el tiempo básico que representan el tiempo mínimo que requiere un tractor de determinada potencia para limpiar una hectárea de terreno, como se ve en la tabla anterior, en min./Ha.

M: son los minutos que demora un tractor de determinada potencia para apilar un árbol de determinado diámetro, como figura en la tabla anterior

N₁: es el número de árboles por hectárea de un determinado diámetro.

D: es la suma de los diámetros en incrementos de 30 cm de todos los árboles por hectárea de más de 180 cm de diámetro al nivel del suelo.

F: es el tiempo que demora en apilar 30 cm de un árbol de más de 180 cm de diámetro.

Los valores de B, M₁, M₂, M₃, M₄ y F se muestran en la Tabla anterior, según la potencia de los tractores.

4.1.6.- Producción de Tractores con escarificador (ripper).

Este método de producción es complicado de calcular, pero es muy importante en el caso de la comparación de costos con otros métodos empleados para aflojar y desprender materiales duros, como son la perforación y la voladura.

Antes de proceder a efectuar cálculos de producción con escarificador, es necesario decidir si todo el material puede ser desgarrado. Un método práctico es usar una prueba de arranque de material con el escarificador en el terreno y otro que sirve de soporte es la medición de la velocidad de ondas sísmica.

Para aplicar el primer método, el operador debe tener muy buena habilidad y experiencia en el manejo del escarificador. Al desgarrar determinados materiales para posteriormente facilitar su carga, probablemente se requiera un cambio constante de la técnica de desgarramiento mientras se está desarrollando el trabajo por que tal vez se requiera un manejo combinado del tractor con el escarificador y ayudas de empuje con la topadora, realizar desgarramientos cruzados y con constantes cambios de dirección, cambios de número, forma y longitud de las puntas, etc., todos estos son factores que afectan el rendimiento de la producción y que deben ajustarse según las condiciones del terreno.

El éxito de una operación con desgarrador depende de la experiencia del operador en este tipo de trabajos y que encuentre la forma más adecuada para atacar el terreno.

Un método muy sencillo y moderno para determinar la facilidad de excavación es relacionarla con la velocidad sísmica. Los métodos de refracción sísmica miden la velocidad con que se propagan las ondas generadas por el equipo, de modo que una baja velocidad (menos de 2100 m./seg.) indican una roca blanda, fácil de desgarrar, mientras que una alta velocidad (más de 3000 m./seg.) indicaría la necesidad de usar explosivos. Algunos fabricantes como CATERPILLAR ofrecen unas gráficas donde indican la facilidad con que determinados materiales pueden ser desgarrados con tractores y accesorios adecuados.

Ejemplo de las gráficas del fabricante de maquinarias CAT.

Gráfico N⁰ 4.4.4

En la gráfica se ven los tipos de materiales y a que velocidad de onda sísmica es o no recomendable la escarificación. Las gráficas son para cada tipo de máquina porque la capacidad de desgarramiento depende de la potencia y peso de cada máquina.

La velocidad de la onda sísmica varía considerablemente a través del terreno, pueden ser desde 300 m/s o menos para tierra o suelo vegetal hasta 6000 m/s o más en terrenos con roca dura. Para velocidad de 1000 a 2000 m/s el trabajo de desgarramiento puede ser una solución económica. Más allá de 3000 m/s se pueden decir que el desgarramiento es prácticamente imposible.

La gráfica siguiente está elaborada específicamente para cada tipo de máquina con un desgarrador de un solo vástago, la máquina está en operación de desgarramiento, equipada con servo transmisión y al 100% de eficiencia, es decir, 60 minutos de trabajo en una hora.

Gráfico N⁰ 4.4.5

En el eje "X" se encuentra la velocidad de las ondas sísmicas y en el eje "Y" la producción de fragmentación por hora. El límite superior de la curva A representa un desgarramiento ideal, en condiciones totalmente favorables, pero pueden existir en la obra condiciones del material como capas laminares horizontales gruesas, capas laminares verticales o cualquier otras condiciones del material que disminuye el rendimiento de la producción, para esto se debe utilizar la curva B que es el límite inferior.

La siguiente es otra gráfica dada por el fabricante.

Gráfico N⁰ 4.4.6

En la gráfica cada curva representa un tipo de máquinas con su respectivo desgarrador. Al igual que en la gráfica anterior, el eje X representa la velocidad de la onda sísmica, y el eje Y, la producción de fragmentación ideal por hora. La curva superior está dada por el comportamiento de la máquina de mayor peso y potencia.

El cálculo de la producción de fragmentación de un tractor con escarificador se puede basar en las curvas o gráficas de los fabricantes de la máquina, pero debe entenderse que es imposible determinar con exactitud el rendimiento de un escarificador porque este varía considerablemente dependiendo de las características del material, los métodos de trabajo que se debe emplear, y la habilidad del operador.

Sin embargo, con el uso de las gráficas y los estudios realizados en el terreno se puede encontrar una producción aproximada de la siguiente manera:

Producción = Producción estándar (de la gráfica)*Eficiencia de trabajo

Para este caso de trabajo de escarificación, el factor de eficiencia es diferente al factor de eficiencia cuando se trabaja con solo la topadora.

Tabla N⁰ 4.4.10: FACTOR DE EFICIENCIA

Existen otros métodos para medir la producción del tractor con desgarrador, entre lo más utilizados están:

1. Este es el mejor método y consiste en medir el tiempo empleado en el desgarramiento y luego sacar este material para pesarlo o medir su volumen. El peso o volumen dividido por el tiempo empleado dará la producción por hora. Para que este método sea bien aplicado se debe tener cuidado de cargar solo el material que ha sido desgarrado.

2. Ayuda de los planos topográficos, que consiste en hacer los cortes transversales del sitio antes y después de ejecutar la obra y tomar el tiempo invertido en el desgarramiento. Con este método se determina el volumen de material desgarrado y sacado, se divide por el tiempo empleado, y resulta la producción por unidad de tiempo.

3. Este método es el menos exacto, pero el que más se utiliza en las obras por que los datos se pueden obtener más rápido, antes de que el trabajo se termine. Consiste en medir el tiempo que el desgarrador necesita para avanzar una cierta distancia. Para obtener el tiempo medio de un ciclo se utiliza los tiempos medidos durante varios ciclos, incluyendo el tiempo invertido en giros y retrocesos. Se mide, además, la distancia media de desgarramiento, la distancia entre surcos y la penetración del desgarrador. Con estos datos, se halla el volumen por ciclo, que es la base para calcular la producción en m³ en banco. Se sabe por experiencia que los resultados de este método son del 10% al 20% más alto que los que se obtiene por el método de cortes transversales que es el más exacto.

4.1.9.- Producción de Tractores con escarificador (ripper) y topadora combinados.

En muchas obras se tiene que desgarrar el terreno y después con el tractor alternativamente se amontona o traslada este material. La producción combinada de desgarramiento y movimiento de tierra se puede calcular con la siguiente fórmula sugerida por Komatsu:

Q = (Q_R*Q_D)/(Q_R+Q_D)

Dónde:

Q   Es la producción combinada de fragmentación y movimiento de tierra.

Q_R Es la producción de fragmentación o ripiada

Q_D Es la producción del movimiento de tierra.