maquinaria pesada para caminos

8/10/2019 Maquinaria pesada para caminos

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TRABAJO DE EXPLANACION EN OBRAS VIALES

CURSO DE ESPECIALIZACION OBRAS HORIZONTALES


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INTRODUCCION

Los altos costo de la construccin de proyectos de obras horizontales, exigen quese tenga la mayor precisin en los clculos de cantidades de obras, ya que elmenor detalle puede afectar la aceptacin o denegacin de estos.

Segn los constructores y consultores de obras viales, de acuerdo a laexperiencia, la actividad de movimiento de tierra en los proyectos horizontales,oscila cerca del 50% del costo total del mismo. Por lo anterior, tanto el supervisor,que representa al dueo del proyecto en la obra, as como el contratista queejecuta la misma, deben tener sumo cuidado al momento de determinar losdiferentes volmenes que sern excavados, removidos, acarreados, compactadosy hasta retirados de la obra, segn sea el caso.

La ciencia de la ingeniera, ha determinado varios mtodos para el clculo de losvolmenes de tierra, siendo uno de los ms aplicados el del Diagrama de Masa,

que presenta muchas ventajas, siempre y cuando sea bien interpretado (uno delos objetivos de este mtodo es reducir al mximo los movimientos de tierra,mediante la realizacin de compensacin de volmenes).

Otro aspecto de gran importancia al momento de ejecutar un proyecto carretero esla seleccin del equipo adecuado para la realizacin de las diferentes actividades,ya que de no tomarse en cuenta, incrementa los costos (que afectan directamentela economa del constructor), adems de provocar retrasos respecto al perodo deejecucin, no olvidemos que la mala distribucin del equipo puede tambin,provocar una aceleracin del deterioro del mismo.

El presente documento consiste en una investigacin ms a fondo de temas,referentes a la ejecucin de proyectos de obras horizontales, tales como:

Investigacin acerca de los diferentes tipos de maquinaria utilizadasen el desarrollo de las obras horizontales, como: caminos (apertura orehabilitacin), adoquinados, inclusive los grandes proyecto de la eramoderna.

Cotizar la renta horaria de los diferentes equipos usados en laconstruccin de obras viales.

Conceptos, propiedades, utilidades del Diagrama de Masa, as comosus limitaciones, inclusive la realizacin de un ejercicio de aplicacin.


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EQUIPO DE CONSTRUCCION PARA OBRAS VIALES

Las Mquinas de gran potencia sirven de apoyo en la ejecucin de obra viales(carretera), mayormente en la preparacin del terreno, excavacin o terraza, estasactividades son: limpieza, corte, traslado de material, compactacin, etc.

Se recurre a las mquinas o equipos para la ejecucin de movimiento de tierrateniendo en cuenta todos los elementos del precio, recordemos que las labores demovimiento de tierra, constituyen el 50% del monto total de los proyectos,aproximadamente.

Las mquinas se imponen tambin prescindiendo de las cuestiones econmicas,cuando los volmenes de obra diaria a realizar para satisfacer los programas, sonaltos.

En los proyectos que se emprenden actualmente, las mquinas se imponen,

teniendo en cuenta que el movimiento de tierra debe ser de una manera rpida yeficiente as como la calidad de la terraza donde irn los cimientos de la obra.

CLASIFICACIN DE EQUIPOS DE CONSTRUCCION

Clasificacin general de los equipos de construccin

Existen bsicamente dos clases de equipos o maquinarias para la construccin:

Equipo o maquinaria estndar: es aquel tipo de maquinaria especializadaque se fabrica en serie, de la cual existe en el mercado variedad demodelos, tamaos y formas de trabajo, las que se adecuan a diversaslabores, tienen la ventaja adicional de que para ellas normalmente existenrepuestos y su operacin es relativamente estndar.

Equipos o maquinaria especial: son aquellos que se fabrican para serusados en una sola obra de caractersticas especiales o para un tipo deoperacin especfica, es decir, que su origen est en una necesidad puntualque es satisfecha mediante su diseo y construccin.

Otra forma de clasificar los equipos de construccin, es atendiendo a la actividad

que desempean en el desarrollo de la obra, por lo que se dividen en:

Equipos de excavacin y movimiento de tierras

Los equipos de excavacin y movimiento de tierra en su mayora componen lafamilia de palas y excavadoras, las que se desarrollaron a partir de la creacin deuna mquina mecnica (alrededor de 1836) que duplic el movimiento y


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efectividad del trabajo de un hombre cavando con una pala de mano. Entre ellostenemos: Tractor, Buldzer, Cargador frontal, Pala Mecnica, Draga,Retroexcavadora, Zanjadora.

Equipos de transporte horizontal de materiales

Se considera dentro de este grupo a todos aquellos equipos destinados al acarreode material dentro de una obra. Entre estos se cuentan:

Camiones, Vagones,Traillas, Cintas transportadoras, Trenes.

Equipos de transporte vertical de materiales

El principal equipo de transporte vertical de materiales es la gra, que se usa paraalzar, bajar y transportar carga de un punto a otro dentro de la zona de trabajo,

existen gras fijas o mviles, hidrulicas, telescpicas y con pluma la que seconoce como de tipo de torre y es la que se usa ms en construccin.

Equipos de compactacin y terminacin

La compactacin es el proceso de incrementar la densidad de un suelo mediantela aplicacin de fuerzas mecnicas. Las cuatro fuerzas que se usan paracompactar son: carga esttica, vibracin, impacto y amasado.

Como equipos de compactacin se incluyen los siguiente: Placas compactadorasvibratorias y compactadores neumticos, Rodillos lisos, Rodillos neumticos,Rodillos pata de cabra.

Equipos de produccin de hormign

Entre estos equipos podemos mencionar a: Plantas mezcladoras, Betoneras,Camiones mixer, Bombas, Vibradores.

Otros equipos y herramientasSon los equipos que sirven como accesorios para los equipos, para que estospuedan desempear otras funciones, entre ellos tenemos:Compresores de aire(Estacionaria, Mvil o Porttil), Bombas de agua, Martinetes, Perforadores.


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Una empresa que tenga un mdulo como el detallada anteriormente, sera idealpara ejecutar cualquier obra vial, sin embargo en Nicaragua no se cuenta conempresas que presten estas condiciones.

Detallaremos un poco ms acerca de las mquinas que comnmente son

utilizadas en Nicaragua para la ejecucin de obras viales, as sea para elmovimiento de tierra, compactacin, corte excavacin u otra actividad, siendo lossiguientes:

BULLDOZERSMOTONIVELADORAEXCAVADORASRETROEXCAVADORACARGADORES FRONTALESVIBROCOMPACTADORASCAMIONES

BULLDOZERS O TOPADORAS

DefinicinMquina para movimiento de tierra con una gran potencia y robustezen su estructura, diseado especialmente para el trabajo de corte (excavando) y almismo tiempo empuje con la hoja (transporte). En esta mquina son montadosdiversos equipos para poder ejecutar su trabajo, adems, debido a su granpotencia, tiene la posibilidad de empujar o apoyar a otras mquinas cuando estaslo necesiten (Ej. una mototrailla).

Estas mquinas se utilizan durante el proyecto de construccin en operaciones

tales como: limpieza del terreno de rboles y maleza, apertura de brechas enterrenos rocosos, movimientos de tierra en estanques, cortes carreteros u otros,esparcimiento de rellenos de tierra y limpieza de escombros en sitios deconstruccin. Algunos modelos poseen un rooter o diente escarificador, quepermite la remocin de roca o terrenos duros.


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Clasificacin por su envergadura

Pequeos Medianos Grandes

Por la forma en que mueve su hoja

tildozer push dozer angledozer tipdozer

De acuerdo a la forma de rodamiento:

Sobre cadena Sobre neumtico (Bastidor rgido o articulado)

Especificaciones tcnicas de modelos Caterpillar, Tractores de cadenapequeos

Potencia hp: 78 a 100Cilindrada: 4,998 cmPeso kg: 7,640 a 8,821

Tractores de cadena medianos

Potencia hp: 110 a 140Peso kg: 13,100 a 27,776

Tractores de cadena grandes

Potencia hp: 305 a 850Peso kg: 37,580 a 111,590

Tractores neumticos medianos

Potencia hp: 220 a 440Radio de giro: 9.91 mPeso kg: 18,611 a 46,355

Tractores neumticos grandes

Potencia hp: 625 a 850Radio de giro: 12.5 a 17.


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Algunas diferencias entre tractor de oruga y uno neumtico

ORUGAS NEUMTICOS

Mayor traccin (fuerza)

En un ro se deteriora la oruga No deteriora el pavimento

Tiene que ser transportado en un camin Se desestabiliza ms rpido

Funciona bien en grandes volmenes detierra

Trabaja mejor en un ro, suelosgranulares, dunas

Trabaja bien en suelos arcillosos, mojados Con fango patina

Distancia mxima econmica=100mt.Distancia mxima econmica=150-

180 mt.

Velocidades mximas de avance y retroceso de un tractor de cadenaCATERPILLAR modelo D9N:

Velocidad mxima de avance: 12,1 km/h

Velocidad mxima de retroceso: 14,9 km/h

MOTONIVELADORADefinicin:Mquina muy verstil usada para mover tierra u otro material suelto.Su funcin principal es nivelar, modelar o dar la pendiente necesaria al material enque trabaja. Se considera como una mquina de terminacin superficial. Suversatilidad esta dada por los diferentes movimientos de la hoja, como por la seriede accesorios que puede tener.


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Puede imitar todo los tipos de tractores, pero su diferencia radica en que lamotoniveladora es ms frgil, ya que no es capaz de aplicar la potencia demovimiento ni la de corte del tractor. Debido a esto es ms utilizada en tareas de

acabado o trabajos de precisicin.

La motoniveladora permite:Extender y nivelar materiales sueltosExcavar las cunetas de una carretera, llevando los materiales extradoshacia el eje de la carretera despus de nivelarlos.Regularizar los taludes de una excavacin, nivelando los materialesextrados sobre el fondo.Conservar las pistas seguidas por las mquinas de movimiento de tierra. Enarrancar mediante escarificador y eliminar los elementos demasiadosgruesos mediante rastrillos para rocas.

Especificaciones tcnicas de modelos Caterpillar

MODELOPotenc ia neta alvolante(KW)

ModeloMotor

Velocidadmxim a de

avance (km/h)

Velocidadmxim a de

retroceso (km/h)

Radiomnim o de

giro(m)

120G 93 3304 40,9 38,3 6,7

130G 101 3304 39,4 36,9 7,3

12G 101 3406 39,4 39,4 7,3

140G 112 3406 41,0 41,0 7,3

140G AWD 134 3406 41,0 41,0 7,8

14G 149 3406 43,0 50,1 7,9

16G 205 3406 43,6 43,6 8,2


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EXCAVADORAS

Definicin: Mquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con unasuperestructura capaz de efectuar una rotacin de 360, que excava, carga,eleva, gira y descarga materiales por la accin de una cuchara fijada a un

conjunto de pluma y balance, sin que el chasis o la estructura portante sedesplace.

La definicin anterior, precisa que si la mquina descrita no es capaz de girarsu superestructura una vuelta completa (360), no es considerada comoexcavadora. La precisin de los planos de trabajo, tales como pluma, balance,estructura portante, etc.; fija y unifica los criterios clasificadores.


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Clasificacin de las Excavadoras

Por su accionamiento:

Excavadoras de cable o mecnicas. Excavadoras Hidrulicas.

Por su sistema de traslacin:

Excavadoras montadas sobre cadenas (orugas) Excavadoras montadas sobre ruedas (neumticos)

Se utiliza mucho tambin para el trabajo en zanjas en el que trabajaretrocediendo. Adems a esta mquina se le pueden adaptar segn la

capacidad, otros accesorios para desempear otras labores, tal es el casode los martinetes que se ubican en vez del cucharn, lo que permite alequipo, realizar labores de excavacin en suelos rocosos.

Principales diferencias entre una excavadora montada sobre orugas y unasobre ruedas

CADENAS (ORUGAS) RUEDAS

Mayor movilidad

Mayor flotacin No daan el pavimento

Mayor traccin Mejor estabilidad con estabilizadores

Mejor maniobrabilidad para terrenos muydifciles

Nivelacin de la mquina conestabilizadores

Reubicacin ms rpida de la mquinaMayor capacidad de trabajo con lahoja


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Especificaciones tcnicas de una Excavadora 320L

Potencia al volante 96 KW

Modelo del motor 3066 T

N de cilindros 6

Calibre 102 mm

Carrera 130 mm

Cilindrada 6.4 L

Caudal mximo de la bomba hidrulica delimplemento a las R.P.M. nominales

2x185 l/min

Ajuste de las vlvulas de alivio

Circuitos del implementoCircuitos de desplazamiento

Circuitos de giro

Circuitos auxiliares

31400 kpa34300 kpa

23000 kpa

3400 kpa

Velocidad mxima de desplazamiento 4455 mm/min.

Ancho de la zapata estndar 2380 mm

Capacidad del tanque de combustible 310 lt

RETROEXCAVADORASDefinicin:Mquina autopropulsada, la que se caracteriza por su versatilidad y laventaja de trabajar en espacios reducidos. Esta mquina, se encuentra montadasobre ruedas con bastidor especialmente diseado que porta a la vez, un equipode carga frontal y otro de retroexcavacin trasero, de forma que pueden serutilizados para trabajos de excavacin y carga de material.


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Especificaciones tcnicas de una retroexcavadora CaterpillarModelo 426B

Potencia al volante 61 KW

Peso en orden de trabajo 6790 kg

Velocidad mxima de avance 33,2 km/h

Velocidad mxima de retroceso 33,5 km/h

Radio mnimo de giro 7,88 m

a) Profundidad mxima de excavacin 4721 mm

b) Fondo plano de 61 mm. 4696 mm

c) Altura total de operacin 5752 mm

d) Altura de carga 3815 mm

e) Alcance de carga 1711 mm

Arco de giro 180

CARGADORES FRONTALES

Definicin: El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o enruedas, que tiene un cucharn de gran tamao en su extremo frontal.

Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavacin en elcaso de acarreo solo se recomienda realizarlo en distancias cortas.


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El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo y cargade materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar la produccin. Enel caso de excavaciones con explosivos, la buena movilidad de ste le permitemoverse fuera del lugar de voladura rpidamente y con seguridad; y antes de queel polvo de la explosivo se disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca

regada y preparndose para la entrega del material.

Originalmente los tractores cargadores slo tenan movimiento de giro delcucharn y vertical a lo largo de un marco que le serva de gua al cucharn, quese colocaba en la parte delantera del tractor. Cuando el cucharn estaba a nivelde piso, el tractor avanzaba hacia adelante y este se introduca en el material paracargar; despus se suba el a base de cables y poleas accionadas por una tomade fuerza del motor del tractor, y con el cucharn en esta posicin, el tractor semova hasta colocarlo en la parte superior del vehculo, que se deseaba cargar yse dejaba que el cucharn girara por el peso del material, y del mismo, aflojandouno de los cables de control.

Los cucharones del cargador frontal vara en tamao desde 0.19 m hastamodelos de 19.1 m de capacidad, colmado. El tamao del cucharn estestrictamente relacionado con el tamao de la mquina.

Algunos modelos de pala pueden utilizar diversos accesorios que laconviertan en una mquina de trabajo de utilidad mltiple.

Pala cargadora para trabajo normalPala retroexcavadora para trabajo de zanjas y pozosPala Niveladora para el trabajo de regularizacin o nivelacin

Como esta maquina tambin puede trabajar como gra o utilizarun dispositivo especial de martinete para la inca de pilotes, elnmero de utilizaciones que se admiten son siete.

Clasificacin de los cargadores frontales:

De acuerdo a la forma de efectuar la descarga:

Descarga Frontal Descarga Lateral

Descarga Trasera

De acuerdo a la forma de rodamiento:

De Neumticos (Bastidor rgido o articulado) De Orugas


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Especificaciones tcnicas de modelos Caterpillar

Potencia en el volante 73,1 KW

Modelo de motor 3114 T

Velocidad mxima de avance 37 km/h

Velocidad mxima de retroceso 24,5 km/h

Capacidad combustible 157 L

a) Altura hasta el tubo de escape 3,08 m

b) Altura hasta el capo del motor 2,7 m

c) Altura hasta el techo ROPS 3,14 m

d) Altura total mxima 4,66 m

e) Profundidad mxima de excavacin 90 mm

f) longitud total 6,42 m

COMPACTADORES YVIBROCOMPACTADORAS

Las apisonadoras son mquinas autopropulsadas de 2 3 rodillos, que seemplean en la compactacin de tierras con espesores de 20 - 30 cm. Su pesovara de 5 a 15 t y la velocidad de trabajo entre 2 y 10 Km/h.

La maquinaria vibrante puede ser apisonadoras autopropulsadas o rodillosvibrantes remolcados por tractor, pisones manuales, planchas o bandejasvibrantes, etc. Puede compactar adecuadamente gravillas, arenas y, en general,terrenos con poco o ningn aglomerante, en espesores hasta 25 cm. No son aptospara terrenos arcillosos.

Compactadoras BITELLI TIFONE C120: de rulo, y de pata de cabra.


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Los compactadores de neumticos pueden ser autopropulsados o remolcados,con suspensin independiente en cada rueda, lo que asegura una buenacompactacin. Todos los neumticos deben llevar la misma presin y su velocidadoscila entre 10 y 24 Km/h.

Los rodillos pata de cabra son mquinas remolcadas por tractores de pequea omediana potencia, que pueden ser normales o vibrantes, y que se utilizan para lacompactacin de terrenos con excepcin de arenas, gravas y piedra partida.Disponen de depsitos para lastre, que pueden estar vacos o llenos de agua oarena, lo que permite aumentar la presin que transmiten al terreno.

Otros equipos de compactacin de uso manual y para actividades menores yobras de drenajes son como las siguientes:


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Objetivos de la compactacin

OBJETIVOS EFECTO CONTROL, ENSAYOS

Aumento de la

resistencia

- Capacidad portante

- Estabilidad delterrapln

- De penetracin ndiceCBR

- Triaxiales- Corte- Compresin simple

Disminucin delvolumen de Huecos

Impermeabilidad Permeabilidad

Resistencia a ladeformacin

Limitacin de asientosy cambios de volumen

Mdulo de DeformacinEdomtrico

CAMIONES

El transporte de material excavado a vertedero o al lugar de empleo es muy usualen las obras. Esta operacin comprende el transporte de tierras sobrantes de laexcavacin a vertedero, o bien el transporte de las tierras necesarias para efectuarun terrapln o un relleno. En otras situaciones, es necesario transportar agua pararealizar la construccin de obras de drenaje o para el riego en terracera, para loque se hace uso de los camiones cisterna (de estos ltimos, existenautopropulsados y remolcados; los hay con equipo de bombeo y otros quefuncionan por gravedad).

Tanto camiones (foto a la izquierda), como dmper (derecha), son medios detransporte para largas distancias, con una serie de peculiaridades. Mientras losprimeros no pasan de un peso de 13 toneladas por eje (pueden circular porcarreteras convencionales), los segundos no. Los segundos, adems de su gran


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capacidad, tienen un diseo especial que los compatibilizan para soportar cargasbruscas, terrenos accidentados, etc.

Camiones: Vehculos de caja descubierta, destinados al transporte de cargassuperiores a 500 Kg, siempre han de ser basculantes.

Dmper: Vehculos de caja basculante muy reforzada (tara mayor o igual a lacarga til). Suelen tener varios ejes tractores y calzar neumticos todo terreno.Se emplean para transportes cortos, fuera de carreteras o caminos y tienencapacidad de carga muy variable. Suelen tener una elevada capacidad detransporte, oscilando los pesos netos entre 30 y 40 toneladas con cargas tilesentre 40 y 60 toneladas.

En general los camiones tambin se pueden clasificar de acuerdo a la forma querealizan una determinada actividad, teniendo as la siguiente clasificacin:

Camiones de Volteo. Camiones fuera de caminos

(Dmper).

Volquetes. Camiones Planchas. Camiones cisternas o pipas


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Como se explic al inicio, los equipos detallados anteriormente, son los quecomnmente son utilizados por los contratistas, para ejecutar las diferentes obrashorizontales; pero cabe sealar que esto no cumple con lo que la ingeniera detransporte exige.

Para la seleccin de equipos de construccin, depende de varios factores, comola productividad, la renta horaria, entre otros.

Productividad y eficiencia del equipo

La productividad del equipo de construccin es una base primordial para suseleccin al planear una operacin. Es la expresin empleada para asignar elrendimiento del equipo en una unidad de tiempo (normalmente una hora), donde lacantidad de tiempo depende principalmente de las condiciones del trabajo y de ladireccin del mismo, as como de la destreza del operador, y de la coordinacincon las dems fuerzas de construccin. En este sentido es necesario manejar los

siguientes conceptos:

-Productividad Optima (Qp): es la mejor productividad que puedeesperarse de un equipo, est regida por las limitaciones de diseo delequipo y su determinacin se basa en la situacin ideal de que el equipotrabaje los 60min. de cada hora.

- Productividad Normal (Qn): es la operacin del equipo no automatizadocon un rgimen de produccin un poco ms bajo. Puede suponerse igual ala productividad ptima, durante 45 50 min. de cada hora.

- Qn = fw * Qp- Productividad real (Qr): Qr = fp * Qn = fw * fp * Qp = fa * Qp

- Factor de eficiencia del trabajo (fw): su promedio normal es 0.8 y suorigen est en el porcentaje de trabajo de un equipo en una hora.- Factor de direccin del trabajo (fp): toma en cuenta las interrupciones de

operacin del equipo relacionados con la organizacin del trabajo y de ladireccin del mismo.

- Factor de productividad real (fa): es un factor de eficiencia general deoperacin que es el producto de fw*fp.

El tiempo tambin se debe tomar en cuenta, al momento de realizar la seleccindel equipo, ya que esta depende directamente de las siguientes consideracionesde tiempo:

1. El tiempo permitido por el contrato de construccin.

2. La sincronizacin de las operaciones secuenciales.

3. Las variaciones de las tarifas de renta del equipo, con el tiempoque toma a los equipos realizar la operacin.


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Como parte del presente trabajo, se han investigado algunos valores de rentahoraria (como ya se ha aclarado, generalmente los mdulos son incompletos), porlo que los datos siguientes no encierran todos los equipos.

Detalle de Renta Horaria

Equipo Renta A Renta B Observaciones

Buldzer D9 U$$ 100.00 B, no tiene este equipoBuldzer D8 U$$ 85.00 U$$ 70.00Buldzer D6 U$$ 60.00 B, no tiene este equipoBuldzer D5 U$$ 40.00 A, no tiene este equipoBuldzer D4 U$$ 40.00 B, no tiene este equipoMotoniveladora U$$ 45.00 U$$ 45.00Cargador Frontal U$$ 50.00 U$$ 35.00 Capacidad de pala A > B

Retroexcavadora U$$ 70.00 A, no tiene este equipoVibrocompactador U$$ 35.00 U$$ 40.00 De la misma capacidadCamin de 10 M U$$ 35.00 B, no posee este equipoCamin de 8 M U$$ 25.00 U$$ 25.00

Cabe mencionar que las rentas investigadas corresponde a un mdulo (A), que seencuentra ubicado en la ciudad de Sbaco, en el departamento de Matagalpa y elsegundo mdulo (B), se encuentra en la ciudad de Jinotega; como se puedeobservar, ambos se localizan en la zona norte del pas.


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DIAGRAMA DE MASA

MOVIMIENTO DE TIERRA

Las cotas de proyecto de rasante y subrasante de las obras de pavimentacin

establecen la necesidad de modificar el perfil natural del suelo, siendo necesarioen algunos casos rebajar dichas cotas, y en otros casos elevarlas. En el primercaso corresponde ejecutar un trabajo de "corte o excavacin", y en el segundo, untrabajo de "relleno o de terrapln".

En ambos casos debe efectuarse lo que constituye propiamente un "movimientode tierras.

Una operacin completa del movimiento de tierra, exige de siete operacioneselementales:

1. Excavacin de los materiales.2. Extraccin de los materiales.3. La carga de los materiales para su transportacin.4. La transportacin de los materiales.5. La descarga o amontonamiento del material en terraplenes.6. El esparcimiento o extensin del material en los terraplenes.7. Eventualmente la compactacin de los terraplenes.

Por lo antes expuesto se convierte en asunto de especial importancia en la

construccin de proyecto viales, el clculo de los volmenes de tierra a mover,segn las experiencias, el 50% del monto total de una obra vial, corresponde a laactividad de movimiento de tierra, por ello la mayor exactitud en la obra es deinters para el dueo de la obra como para el constructor de la misma.

DETERMINACION DE LOS VOLUMENES DE TIERRA ENTREESTACIONES.

Clculo de volmenes: Con el rea de cada una de las secciones se integran losvolmenes por el mtodo del promedio de reas extremas sumando dos reas deseccin contiguas, promedindolas y multiplicndolas por la mitad de la distanciaentre ambas.

Movimiento de terracerias.- Esta fundamentado en los volmenes a mover enrelacin a las distancias de acarreo, para ello intervienen diferentes conceptos delos cuales depender la economa del proyecto.


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a. Acarreo libre.- Es la distancia a la que se hace el movimiento de unvolumen sin requerir de trabajos elaborados o en el caso de contratos sinllegar a un pago adicional, actualmente en Nicaragua est fijado para unalongitud no mayor de 600 metros.

b. Sobre acarreo.- Es el transporte de los materiales a una distancia mayor a

la del acarreo libre y se obtiene multiplicando el volumen a mover por ladistancia que hay del centro de gravedad del corte al centro de gravedaddel terrapln; de acuerdo a la distancia que se tenga que mover se puedehacer con camin o maquinaria.

c. Prstamo lateral.- La diferencia que se necesite para formar un terrapln alno compensarlo con un corte requerir de un volumen adicional,denominado prstamo que se obtendr de la parte lateral del camino.

d. Prstamo de banco.- Se presenta en las mismas condiciones que elanterior solo que por la calidad del material o por no encontrarlo sobre elcamino se utilizara de un lugar especial segn convenga, por lo generaleste acarreo se realiza con camiones.

DIAGRAMA DE MASA

La curva masa busca el equilibrio para la calidad y economa de los movimientosde tierras, adems es un mtodo que indica el sentido del movimiento de losvolmenes excavados, la cantidad y la localizacin de cada uno de ellos.

Las ordenadas de la curva resultan de sumar algebraicamente a una cotaarbitraria inicial el valor del volumen de un corte con signo positivo y el valor delterrapln con signo negativo; como bsidas se toma el mismo cadenamientoutilizado en el perfil.

Los volmenes se corrigen aplicando un coeficiente de abundamiento a los corteso aplicando un coeficiente de reduccin para el terrapln.

EL PROCEDIMIENTO PARA EL PROYECTO DE LA CURVA MASA ES COMO SIGUE:

1. se proyecta la subrasante sobre el dibujo del perfil del terreno.2. se determina en cada estacin, o en los puntos que lo ameriten, los

espesores de corte o terrapln.3. se dibujan las secciones transversales topogrficas (secciones de

construccin)

4. se dibuja la plantilla del corte o del terrapln con los taludes escogidossegn el tipo de material, sobre la seccin topogrfica correspondiente,quedando as dibujadas las secciones transversales del camino.

5. se calculan las reas de las secciones transversales del camino porcualquiera de los mtodos ya conocidos.

6. se calculan los volmenes abundando los cortes o haciendo la reduccin delos terraplenes, segn el tipo de material y mtodo escogido.

7. se dibuja la curva con los valores anteriores.


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PROCEDIMIENTOS OPTATIVOS PARA EL CALCULO DEL DIAGRAMA DEMASAS

Otros autores presentan diferentes procedimientos para el clculo del diagrama demasa, los que se detallan a continuacin:

Clculo del diagrama de masas por el procedimiento de abundarlos cortes.

Los volmenes de corte de cada estacin se multiplican por un coeficientemayor que la unidad que corresponden al abundamiento que sufrir el material.Los volmenes de los terraplenes no sufrirn modificaciones.

Al calcular los sobreacarreos habr que tomar los volmenes sobreacarreadosdel material compacto. Para esto, se dividir la ordenada del volumensobreacarreado entre el coeficiente usado.

Clculo de la curva masa para el procedimiento de corregir losvolmenes de los terraplenes.

Los volmenes de los cortes en este caso no sufrirn modificaciones. Encambio los volmenes de los terraplenes se multiplicarn por coeficientesgeneralmente menores que la unidad para convertirlos en volmenescompactos.

Con este procedimiento los volmenes sobreacarreados quedan a base dematerial compacto.

En Nicaragua, el procedimiento de abundar los terraplenes es el que utilizannormalmente las empresas consultoras para calcular el diagrama de masas.

Clculo de la curva masa por el procedimiento de abundar losterraplenes.

Consiste en afectar los volmenes de relleno por un coeficiente deabundamiento del material excavado este coeficiente generalmente esproporcionado por los laboratorios de suelo. Como resultado se obtiene que losvolmenes de relleno son mayores a los calculados inicialmente. Esto se debe

a que el volumen necesario del lugar, donde se va a rellenar para luego sercompactado, es mayor que el volumen suelto.


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DIBUJO DE LA CURVA MASA.

Se dibuja la curva masa con las ordenadas en el sentido vertical y las absisas enel sentido horizontal utilizando el mismo dibujo del perfil.

Cuando est dibujada la curva se traza la compensadora que es una lneahorizontal que corta la curva en varios puntos.

Podrn dibujarse diferentes alternativas de lnea compensadora para mejorar losmovimientos, teniendo en cuenta que se compensan ms los volmenes cuandola misma lnea compensadora corta ms veces la curva, pero algunas veces elquerer compensar demasiado los volmenes, provoca acarreos muy largos queresultan ms costosos que otras alternativas.

En el dibujo del diagrama de masas se presentan dos casos de discontinuidad:

Cerca de las proximidades de un puente, el material de corte si lo hubiera,

no puede ser transportado hacia el otro lado del ro a menos que hubiera unpuente provisional o un desvo, en este caso la ordenada de la curva quedaen el aire, as es que si no hay compensacin, este material tendra quebotarse y tomarse como un desperdicio extra.

En el caso de la curva se haya dibujado en un tramo largo y posteriormentese detecte que en un tramo intermedio no hay balance de suelo y se tengaque subir o bajar la subrasante, se deja un corte en la curva en el sitio hastadonde no hay perturbacin, se efectan de nuevo los clculos y se hace elbalance. Si se logra el balance en un nuevo tanteo se coloca la ordenadade la ltima estacin perturbada y se coloca una ecuacin de masas.


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Determinacin del desperdicio:

Cuando la lnea compensadora no se puede continuar y existe la necesidad deiniciar otra, habr una diferencia de ordenadas.

Si la curva masa se presenta en el sentido del cadenamiento en forma ascendentela diferencia indicara el volumen de material que tendr que desperdiciarselateralmente al momento de la construccin, por lo regular resultan muy costosos.

Determinacin del acarreo libre:Se corre horizontalmente la distancia de acarreo libre 600 metros, de tal maneraque toque dos puntos de la curva, la diferencia de la ordenada de la horizontal alpunto ms alto o mas bajo de la curva, es el volumen.

Determinacin del sobre acarreo:

Se traza una lnea en la parte media de la lnea horizontal compensadora y la lneahorizontal de acarreo libre.

La diferencia de absisas X

B ser la distancia a la que hay que restarle elacarreo libre para obtener la distancia media de sobre acarreo convertida enestaciones y aproximada al dcimo.

El volumen se obtendr restando la ordenada de la lnea compensadora AB a lade la lnea de acarreo libre a-b.


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Subrasante econmica: es aquella que ocasiona el menor costo de la obra,entendindose como esto, la suma de las erogaciones ocasionadas durante laconstruccin y por la operacin y conservacin del camino una vez abierto altrnsito.

PROPIEDADES DE LA CURVA MASA:

1) La curva crece en el sentido del cadenamiento cuando se trata de cortes ydecrece cuando predomina el terrapln.

2) En las estaciones donde se presenta un cambio de ascendente adescendente o viceversa se presentara un mximo y un mnimorespectivamente.

3) Cualquier lnea horizontal que corta a la curva en dos extremos marcarados puntos con la misma ordenada de corte y terrapln indicando as la

compensacin en este tramo por lo que sern iguales los volmenes decorte y terrapln. Esta lnea se denomina compensadoray es la distanciamxima para compensar un terrapln con un corte.

4) La diferencia de ordenada entre dos puntos indicara la diferencia devolumen entre ellos.

5) El rea comprendida entre la curva y una horizontal cualquiera, representael volumen por la longitud media de acarreo

6) Cuando la curva se encuentra arriba de la horizontal el sentido del acarreode material es hacia delante, y cuando la curva se encuentra abajo elsentido es hacia atrs, teniendo cuidado que la pendiente del camino lopermita.

UTILIZACION DEL DIAGRAMA DE MASAS

El proyectista lo utiliza para:

Comparar alternativas y escoger la subrasante ms econmica.Para seleccionar el equipo ms econmico.Determinar los sobreacarreos y seleccin adecuada de los bancos deprstamo.

El contratista lo utiliza para:

Distribucin del equipoDeterminar el sentido de los movimientos.Cuantificar los volmenes movidos.


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LIMITACIONES DEL USO DEL DIAGRAMA DE MASAS

El diagrama no puede ser aplicado o no es de mucha utilidad, cuando lasubrasante est obligada a proyectarse en determinada forma por circunstanciasespeciales tales como:

a) En terrenos planos en que la superficie natural se aproxima mucho a lasubrasante, el diagrama presenta una pendiente negativa pronunciadademandando grandes volmenes de prstamos.

b) En terrenos en los que la subrasante debe tener cierta altura para quedar asalvo de las inundaciones o de la humedad que por capilaridad puede llegara perjudicar las terraceras.

c) En terrenos en donde es necesario alojar la carretera en firme.d) En aquellos tramos de la carretera con pendiente mxima sostenida; donde

las excavaciones son excesivas y dificultosas.e) En los accesos a los puentes.f) En las intersecciones a nivel.

En la utilizacin del diagrama de masa, para el anlisis de movimiento de tierra dedeterminado proyecto, se debe tener cuidado en considerar la capa de suelonatural (oscila entre 5 y 10 centmetros), ya que esto representa grandesvolmenes de corte; que generalmente no se toma en cuenta, convirtindose enuna desventaja del mtodo.

FORMULAS A UTILIZAR PARA EL CALCULO DEL DIAGRAMA DE MASAS

1) SD = Estacin siguienteEstacin anterior2

2) Vc= (Ac1+Ac2) * SD estacin.3) Vr= (Ar1+ Ar2 ) * SD estacin4) % porcentaje de abundamiento o coeficiente de variabilidad

volumtricca5) Relleno Abundado : Vr* %6) Ordenada = Vc(Vr* % ) + ordenada de la estacin anterior7) Ordenada Masa Final = Ord.inicial + Vcorte- Vrabundado


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A continuacin se presenta un ejercicio de aplicacin del diagrama de masarealizado a un proyecto de camino.

Proyecto: Apertura de camino Finca San Jos.Municipio: Bocana de Paiwas, R.A.A.S.

Fecha de Levantamiento: Enero/2004

ESTACIONS.D.(M)

AREAS (M) VOLUMENES (M)ORDENADA

CORTE RELLENO CORTE RELLENO R. Abundado

0 + 000 3.00 4.00 0.00

10.0 70.00 100.00 130.00

0 + 020 4.00 6.00 -60.00

10.0 90.00 140.00 182.00

0 + 040 5.00 8.00 -152.00

7.5 82.50 105.00 136.50

0 + 055 6.00 6.00 -206.00

2.5 32.50 27.50 35.75

0 + 060 7.00 5.00 -209.25

10.0 150.00 50.00 65.000 + 080 8.00 0.00 -124.25

10.0 150.00 0.00 0.00

0 + 100 7.00 0.00 25.75

5.0 60.00 0.00 0.00

0 + 110 5.00 0.00 85.75

5.0 45.00 5.00 6.50

0 + 120 4.00 1.00 124.25

10.0 40.00 50.00 65.00

0 + 140 0.00 4.00 99.25

10.0 0.00 100.00 130.00

0 + 160 0.00 6.00 -30.75

10.0 0.00 140.00 182.00

0 + 180 0.00 8.00 -212.7510.0 0.00 140.00 182.00

0 + 200 0.00 6.00 -394.75

10.0 20.00 90.00 117.00

0 + 220 2.00 3.00 -491.75

10.0 80.00 30.00 39.00

0 + 240 6.00 0.00 -450.75

10.0 140.00 0.00 0.00

0 + 260 8.00 0.00 -310.75

5.0 90.00 0.00 0.00

0 + 270 10.00 0.00 -220.75

5.0 75.00 10.00 13.00

0 + 280 5.00 2.00 -158.7510.0 60.00 60.00 78.00

0 + 300 1.00 4.00 -176.75

Como se puede observar el levantamiento no presenta detalles de materialdesechable, por lo que no se considera al momento de los clculos respectivos.

Los datos en color negro son propios del levantamiento, mediante el uso de lasfrmulas antes expuestas se ha realizado los clculos correspondientes tabulados


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en la tabla anterior; con el fin de obtener los valores de las ordenadas quepermiten construir el Diagrama de Masas, que se presenta a continuacin:

Se ha iniciado con una ordenada cero 0, lo que no afecta los anlisis que serealizan mediante el Diagrama de Masas, bien pudo ser otro valor (Por ejemplo

1000 u otro).

DIAGRAMA DE MASA

-550

-450

-350

-250

-150

-50

50

150

250

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

ESTACION

ORDENADA


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BIBLIOGRAFIA

Folleto de Explanacin en Obras Horizontales.(Msc. Ing. Oscar Zamora)

Apuntes de Diseo Geomtrico Avanzado(Ing. Salvador Ayestas)

www.icc.ucv.cl.htm

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www.rincondelvago.com(trabajos publicados)

www.grupos.unican.es

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maquinaria pesada para caminos

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