UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL
DEPARTAMENTO ACADMICO DE CONSTRUCCIN
Resumen del Captulo 6: Scrapers del Libro Construction Planning,
Equipment and Methods de R. Peurifoy, C. Schexnayder, A. Shapira y
R. Schmitt
CursoTecnologa de la Construccin I
CdigoCO 421 - I
DocenteIng. Oscar Guillermo Miranda Hospinal
Integrantes del grupo:
MACHACA FAJARDO, Josu Alfredo Tomas (20132570C) VILLAR TRUJILLO,
Bryan Josue (20131132B) CARRASCO HERRERA, Junior Alexander
(20134527H) ARONI DE LA CRUZ, Jorge Luis (20132538B)
Captulo 6 Raspadores 1. Informacin General
El tractor raspadora de acarreo o raspador est diseado para
cargar, arrastrar y verter material suelto. La ms grande ventaja de
las combinaciones del tractor raspador es su versatilidad. Pueden
ser usados en un amplio rango de tipos de material (incluyendo roca
de cimentacin) y son econmicos sobre un amplio rango de longitudes
de arrastre y condiciones de acarreo. Al grado de que pueden ser
autosuficientes, no dependen de otro equipamiento. Si una mquina en
el campo experimenta una recada temporal, no cancelara la obra como
sera el caso de una mquina que es exclusivamente para carga. Si el
cargador recae, la obra entera debera parar hasta que se hagan las
reparaciones necesarias. Los raspadores estn disponibles para una
capacidad de escombro amontonado que puede llegar hasta las 44
yardas cbicas, aunque en el pasado pocas mquinas de 100 yardas
cbicas han sido ofertadas.Ya que los raspadores representan un
compromiso entre mquinas diseadas exclusivamente para carga y
arrastre, no son superiores a las funciones especficas en carga y
arrastre de algunos equipos. Las excavadoras, como las mangueras
hidrulicas y las palas frontales, o cargadoras siempre superarn a
las raspadoras al momento de cargar. Los camiones pueden superarlos
al momento de transportar, especialmente en distancias largas. Sin
embargo, para situaciones fuera de carretera, con trayectos de
menos de una milla, su habilidad para cargar y trasladar les da una
gran ventaja. Adicionalmente, la habilidad de estas mquinas para
depositar sus cargas en capas de grosor uniforme facilita las
operaciones de compactacin.
2. Tipos de raspadores
Existen muchos tipos de tractores raspadoras, clasificadas
primariamente de acuerdo al nmero de ejes o por el mtodo de carga.
Estas mquinas son tractores a ruedas para vertimiento. En el pasado
los tractores de arrastre con remolque de dos ejes
Raspadores de empuje y carga. Raspadores de traccin y carga.
Raspadores elevadores.
2.1. Raspadores de empuje y carga
Muchos modelos pueden lograr velocidades de hasta 30 millas por
hora cuando estn completamente llenas. Esto ampla la distancia de
transporte econmico de las unidades. Los raspadores de empuje y
carga se encuentran en desventaja cuando se trata de proporcionar
de forma individual el esfuerzo de traccin requerido para hacer
carga econmica. Para la potencia nica del eje del raspador, solo
una porcin (50-55% del peso total a cargar) es lo que pueden
soportar las llantas.
El raspador de empuje y carga convencional de un solo motor se
convierte en no econmico cuando:
El grado de acarreo es mayor al 5%. Grado de retorno mayor a
12%
2.2. Scrapers de traccin y carga
Son raspadores de potencia acoplados al eje bsicamente. Estas
unidades tienen un bloque de empuje amortiguado con montaje con
grados de libertad al frente. Estn unidos por un gancho en la parte
trasera. Estas caractersticas permiten a dos raspadores asistirse
al momento de carga mientras estn unidas. El raspador de arrastre
empuja al raspador de direccin mientras este carga. Luego este
ltimo tira al otro para que cargue tambin. As, no se hace necesaria
un tractor de empuje.
2.3. Raspadores elevadores
Es un raspador autosuficiente para carga y acarreo. Posee un
ascensor cadena como mecanismo de carga. No pueden cargar roca o
material con roca.
3. Volumen del raspador
La carga volumtrica del raspador puede ser especificada como
struck capacity o heaped capacity del tazn, expresado en yardas
cbicas.
Operacin del raspador
4. Detalles del rendimiento del raspador Los fabricantes de
raspadores proporcionan grficos de rendimiento de cada una de sus
unidades. Estas cartas contienen informacin que se puede utilizar
para analizar el rendimiento de un raspador bajo diversas
condiciones de funcionamiento.Cabe sealar que los propietarios a
veces aaden aperadores a los cuencos de sus rascadores. Esta
prctica aumentar la carga volumtrica que la mquina que pueda
transportar. Si las juntas causadas por la carga volumtrica de este
rascador en particular, que tienen una Carga til nominal de 75.000
libras, para ser aumentado a 25,8 bcy (yardas cbicas de banco), y
la unidad de peso del material que est siendo transportada es 3.000
libras por km cu, el peso de la carga sera 77.400 libras.Este es
menor que la carga nominal, el efecto ser un par de yardas ms por
carga, pero con el tiempo los costos de mantenimiento se
incrementar debido a la sobrecarga de la mquina, este efecto se ve
agravado por un material que tiene un peso unitario superior. Sin
embargo, si la mquina se va a operar en material ligero, como
tableros sera una consideracin vlida. 5. Ciclo del raspador: El
tiempo de ciclo es el tiempo para cargar, volcar, y a su vez
cambiar, y dar marcha atrs en su posicin para recoger otra carga:
TIEMPO = carga + distancia + vaciado+ vuelta + vuelta El Tiempo de
carga es bastante consistente, independientemente del tamao
rascador, a pesar de que grandes raspadores llevan cargas ms
grandes, que cargan tan rpido como mquinas ms pequeas. Esto es
atribuible al hecho de que el rascador ms grande tiene ms caballos
de fuerza y se corresponde con un tractor de empuje ms grande. El
tiempo medio de carga para raspadores de carga y empuje en la
tierra comn es 0.85 min.
Los fabricantes de equipos suministrarn los tiempos de carga
para sus mquinas basadas en el uso de tractores de empuje
especfico, tanto recorrido y los regresos dependen de la distancia
recorrida y la velocidad del rascador el acarreo y el regresar son
por lo general en diferentes rangos de velocidad.Por lo tanto, es
necesario determinar el tiempo para cada uno por separados; si la
maquina tiene mltiples grado o condiciones de resistencia a la
rodadura, una velocidad debe ser calculada para cada tramo de la
ruta. Es una buena prctica utilizar una corta distancia a una
velocidad inferior a la salida de la fosa, acercndose a la zona de
descarga, salir de la zona de descarga, y otra vez entrar en el
hoyo; para as tambin tener en cuenta el tiempo de aceleracin /
deceleracin.Una distancia del orden de 200-300 ft en cada caso es
generalmente empinada y cuesta abajo grados (favorables) en tiempos
de viaje ms largos que los cortos, esto es causado por el hecho de
operadores que tienden a reducir la marcha a fin de mantener
velocidades de llegue a ser excesivo. Al utilizar las listas,
siempre tenga en cuenta el factor humano; no aceptan ciegamente
velocidades mximas calculables. Los tiempos de volcado varan con el
tamao del raspador pero la condicin del proyecto afectar a la
duracin.. Las limitaciones fsicas de la zona de volcado pueden
dictar tcnicas del raspador. El mtodo ms comn es que tiene el
rascador para volcar antes de girar, para eso utiliza el impulso
del lance de velocidad para llevar el rascador hacia el vertedero,
que reduce la posibilidad de que el rascador se atasque en el
material recin objeto de dumping y produce una difusin bastante
uniforme de material, reduciendo de este modo la difusin y esfuerzo
del equipo de compactacin.A veces es necesario para negociar la
vuelta antes de volcar, esto generalmente aumenta el tiempo de
descarga y las posibilidades de que el rascador se atasque mientras
voltea.El ltimo mtodo consiste en volcar durante la maniobra de
inflexin. Esto sin duda aumenta el tiempo de vuelta, lo que resulta
en la propagacin desigual y muchos raspadores pueden estancarse.
Cuando el acceso est limitado en estribos de puentes o cuando el
relleno en alcantarillas, una maniobra de inflexin de dumping puede
ser necesario, el material hmedo es difcil de expulsar y aumentar
el tiempo de descarga.El tiempo de giro no parece verse afectada
significativamente por el tipo o por el tamao del rascador. El
tiempo medio en el corte es 0,30 min y en el relleno el tiempo
promedio es de 0.21 min. La vuelta es un poco ms lento en el corte,
ya que es causada principalmente por la congestin en la zona y la
necesidad de detectar el rascador para el empujador.
6. Eficiencia de operatividad y produccin
Si el tiempo de ciclo raspador de 5,52 min desarrollados podra
mantenerse por un perodo de 60 min, la unidad hara 60 / 5,52 =
10,90 viajes por hora. El volumen de material transportado sera
igual al producto del nmero de viajes y el volumen promedio por
carga. La realidad es diferente de esta produccin perfecta, porque
retrasos se producen en el trabajo ya que las mquinas se
descomponen, los hombres se detienen por el agua, o las mquinas se
agrupan causando una cola en el corte para el empujador. Los
estudios de operaciones de raspadores sugieren que el tiempo
productivo promedio es de 69% de un trabajo de 60 min por hora.El
nmero real de viajes en el mundo real sera 10,9 * 0,69 = 7.5viajes
por hora de trabajo.Algunas personas usan la eficiencia operativa
de plazo y piensan acerca de la produccin real en trminos de un
nmero promedio de minutos por hora que la mquina va a funcionar.
Una media de hora de 50 min producira un factor de eficiencia
50/60 = 0.83.
El de 50 min es un buen punto de partida si no se dispone de
datos especficos de eficiencia empresa/equipo. El estimador siempre
debe tratar de visualizar el lugar de trabajo antes de aplicar un
factor.Si no se congestiona el hoyo, y si el rea de descarga est
abierta, una hora 55min puede ser apropiado; pero si el corte
involucra un rea estrecha, como una zanja, o si el rea de terrapln
es una cabecera de puente estrecho, el estimador debe considerar un
trabajo til de 45 min. El factor de eficiencia en minutos es una
correccin para el establecimiento y manejo de condiciones, no tiene
en cuenta la disponibilidad de la mquina en trminos de reparaciones
mayores. Un factor de disponibilidad de la mquina es necesario
cuando se utiliza factores de eficiencia.La hora 50 min se puede
aplicar a la hora 5.52 ciclos; en el ejemplo producir 50 / 5,52 =
9,1 viajes por hora de trabajo. Pero utilizando el tiempo
productivo promedio para maquinas nicas podemos esperar 7,5
viajes.
Entonces Qu valor se debe utilizar? El valor 9,1 es bueno
suponiendo que todos los raspadores en la propagacin estn
disponibles mecnicamente a operar, esta es una consideracin
importante. Si cuatro raspadores conforman la propagacin, sabemos
que para un cierto perodo de tiempo cada uno estar fuera de
servicio por reparaciones mayores. Si tenemos la intencin de
colocar cuatro mquinas en un trabajo, entonces podemos suponer que,
de hecho, durante la vida del proyecto slo 3,6 raspadores sern
operacionalmente disponibles, por lo tanto se tendra un margen de
cuatro raspadores y 50 min de eficiencia x hora. 9.1 viajes * 3,6 =
32,8 raspadores viajes por hora
Si tenemos en cuenta la produccin media del 69% para raspadores,
serian 7.5 * 4 raspadores = 30 viajes por hora. Los valores
resultantes finales estn cerca, y si se utiliza una hora 46 minutos
seran iguales. Para la estimacin de costos del factor de eficiencia
y tiempo de inactividad mecnica es tal vez el mejor enfoque, el
factor de produccin se puede utilizar para proporcionar un cheque y
el enfoque de la eficiencia es mejor porque se ve cmo los gastos se
acumulan. La renta en ambos casos sera en cuatro rascadores para la
vida del trabajo, Pero la carga que emplea el uso concepto de
disponibilidad mecnica y factor de eficiencia sera de 3,6
raspadores. Con el enfoque de factor de produccin, se utilizan los
cargos por cuatro rascadores que podran ser incluidos por error en
la estimacin.
7. Requerimiento de tractores de empuje
Si los raspadores de empuje y cargado tienen que alcanzar sus
capacidades volumtricas, necesitan la ayuda de un tractor de empuje
durante la operacin de carga. Dicha asistencia reducir el tiempo de
carga y con ello se reducir el tiempo total del ciclo. Si se
utilizan tractores de empuje debemos hacerlos coincidir con el
nmero de raspadores disponibles en un momento dado. Si el empujador
o el raspador tienen que esperar a la otra, la eficiencia operativa
se disminuye y el costo de produccin se incrementa.El tiempo de
ciclo de empuje incluye el tiempo requerido para empujar y cargar
el raspador (el tiempo de contacto) y el tiempo requerido para
posicionarlo para cargar el siguiente raspador. El tiempo de ciclo
para un tractor de empuje variar con las condiciones en la zona de
carga, los tamaos relativos del tractor y el raspador y el mtodo.
La siguiente figura muestra tres mtodos de carga:
Backtrack loading es el mtodo ms comn utilizado. Ofrece las
ventajas de ser siempre cargar en la direccin del recorrido. Chain
loading se puede utilizar cuando las excavaciones conducen a un
largo corte de tierra. Shuttle loading no es muy utilizado. sin
embargo, si un empujador puede servir al traslado de los raspadores
en la direccin contraria al corte de tierra, resultara un mtodo
viable. En varias publicaciones Caterpilar recomienda calcular el
tiempo de ciclo de tractor de empuje de retroceso, Tp, por la
frmula:
Donde Lt es el tiempo de carga del raspador (tiempo de contacto
de empuje). Esto se basa en el hecho de que el contacto de empuje
es una funcin de cuatro componentes:
1. Tiempo de carga del raspador.2. Tiempo de incremento, tiempo
de asistencia al raspador fuera del corte de tierra, 0.15
minutos.3. Tiempo de maniobra, 40% del tiempo de carga.4. Tiempo de
contacto y posicionamiento, 0.10 minutos.
El nmero de raspadores que puede servir un empujador se calcula
con simple divisin:
Donde N es el nmero de raspadores por empujador.
8. Incremento de la produccin del raspadorPara obtener un mayor
beneficio de movimiento de tierra, un constructor debe organizar y
operar el alcance de una manera que asegure la mxima produccin al
menor costo. Existen varios mtodos por los cuales este objetivo
puede ser alcanzado.
RIPPING. La mayora de los tipos de suelos compactos se cargan ms
rpido si se realiza la rasgadura por delante del scraper; adems,
los retrasos relacionados con las reparaciones de equipos se
reducirn sustancialmente ya que el scraper no ser operado bajo
tanta tensin. Si el valor del aumento de la produccin resultante de
rasgadura excede el costo de rasgadura, el material debe ser
rasgado.Cuando hay roca para rasgar para la carga del scraper, la
profundidad de rasgadura siempre debe exceder la profundidad de
excavacin. Esto es con el fin de dejar una capa suelta de material
bajo los neumticos para proporcionar una mejor traccin y reducir el
desgaste de las pistas y neumticos. PREHUMECTACIN DEL SUELO.
Algunos suelos se cargan ms fcilmente si son razonablemente hmedos.
La pre humectacin se puede realizar en conjuncin con la rasgadura o
por delante, para permitir una penetracin uniforme de la humedad en
el suelo.La pre humectacin del suelo en la obra puede reducir o
eliminar el uso de camiones de agua en el llenado, reduciendo as la
congestin de los equipos en el llenado, la eliminacin del exceso de
humedad en la superficie del relleno puede facilitar el movimiento
de los rascadores en el llenado.
CARGA EN BAJADA. Cuando es posible hacerlo, los raspadores deben
cargarse en bajada y en la direccin del recorrido. Los resultados
de carga en bajada son tiempos de carga ms rpidos, mientras que la
carga en las direcciones de recorrido tanto acorta la longitud del
recorrido y elimina la necesidad de voltear en la obra. Cada 1% de
favorable descenso es el equivalente a aumentar la fuerza de carga
por 20 libras por tonelada de peso bruto del tractor de empuje y la
unidad del scraper.
SUPERVISIN. El control de supervisin a tiempo completo debe ser
proporcionado en la obra. Una operacin ms eficiente resultar a
travs de la eliminacin de la confusin y la congestin del trficoUn
observador siempre debe controlar las operaciones de llenado,
siendo responsable de la coordinacin de los scrapers con el equipo
de llenado y compactacin, el trabajo de los observadores es
mantener a los scrapers vaciando en un lugar y a un patrn
especfico. Tpicamente, el observador dirigir cada operador de
scraper para volcar la carga al final del alcance anterior hasta
que se llegue al final del relleno. Entonces el siguiente alcance
se inicia paralela a la primera. Esto permite que al equipo de
compactacin trabajar el material recin vertido sin interferir con
los raspadores.
9. Curva de crecimiento-carga del raspador
Es normal considerar que para para reducir los costos de
operacin de los raspadores se debe de llenarlos al momento de
cargar. Sin embargo, numerosos estudios han revelado que el llenado
de los raspadores puede reducir la produccin lejos de
incrementarla.Cuando un raspador se mueve, la tierra a su alrededor
genera resistencia mientras ms lleno se encuentre el raspador. La
siguiente curva muestra el grado en que decrece la carga til a
medida que se llena raspador:
El tiempo de carga econmico es una funcin del recorrido.
Mientras la distancia de recorrido sea mayor, la carga econmica se
incrementa. Esto se ilustra en el siguiente cuadro, en donde se
muestra la relacin entre el tiempo de carga, produccin y distancia
de recorrido.
10. Resistencia a la rodadura y la produccin del raspador
Una condicin de trabajo que a veces se descuida es el efecto de
las condiciones de caminos de acarreo, es decir, la resistencia a
la rodadura, y por lo tanto en la produccin de raspador y el costo
de transportar la tierra. Un camino de acarreo en buen estado
permite velocidades de desplazamiento ms rpido y reduce los costos
de mantenimiento y reparaciones de los raspadores.
La figura 6-11 es de un estudio de campo de tiempo recorrido
raspador, el rea sombreada representa el rango de tiempos de viaje
promedio en numerosos proyectos que tienen buenos caminos de
acarreo. El lmite superior indica pobres caminos de acarreo.
Teniendo en cuenta una distancia de transporte de 4.000 pies, el
tiempo total de la operacin de pesca y devolucin combinado en un
camino de acarreo en buen estado era 5,20 min. En condiciones
pobres esto podra ser tan alto como 7.55 min. Una diferencia de
2,35 min en el tiempo de ciclo es una prdida de produccin 4,7 % en
una hora 50 min.
11. Clculo de la rentabilidad del raspador
El siguiente ejemplo se analiza el rendimiento de un raspador de
eje de una sola potencia empujado- cargado para un conjunto
especfico de condiciones de trabajo.
Ejemplo 6-2.Basado en el rascador se especifica en el apartado
de " Tablas de rendimiento raspador " en este captulo para que los
grficos de rendimiento de las figuras 4-8 y 4-10 son vlidos, y por
las condiciones de acarreo como se indica a continuacin, analizar
la produccin rascador probable.La longitud total del recorrido
cuando se pasa de la corte para el relleno es de 4000 pies de la
siguiente manera:
1200 pies + 4 % de grado1400 pies + 2 % de grado1400 pies -2 %
de grado
Suelo: Arcilla 3,100 libras por bcy (yardas cbicas en
banco)Resistencia a la rodadura: 80 libras por tonelada o 4 %
Asumir un tiempo de carga promedio de 0.85 min, la carga
esperada ser 96 % de la capacidad:
Carga real: 0,96 X 31 = 29,8 lcy (yarda cbica suelta)Factor de
arcilla oleaje 0,74Volumen de carga medida en banco: 29.8 cu km X
0.74 X 1,1 = 24 bcyPeso de la carga: 24.3 bcy X 3,100 libras por
bcy = 75.330 librasEl peso del proyecto: Vaciado 96.880 libras
Carga 75.330 libras Peso bruto 172210 libras
Recorrido y velocidad de regreso
Distancia (pies)Grado (%)Resistencia total (%)Velocidad
(mph)Tiempo de viaje (min)
(recorrido 172.210 lbs)
300 aceleracin4850.68
90048101.02
140026151.06
1200-22300.45
200 desaceleracin-22120.19
3.4
Regreso
200 aceleracin26100.23
120026210.65
1400-22320.5
1000-40320.36
200 desaceleracin-40120.19
1.93
OperacinTiempo de ciclo (min)
Carga0.85
recorrido3.4
vertedero0.37
Ida0.21
Regreso1.93
Ida0.3
ciclo total7.06 minutos
Nmero de viajes por 50 min hora:
Raspador Volumen por 50 min-hora
24.3 x 7.08 bcy cargas por hora = 172 bcy por horaTiempo de
empuje = (1,4 x 0,85) + 0,25 = 1,44 min
Nmero de raspadores requiere:
Por lo tanto, se utilizaran cinco raspadores, pero como hay ms
raspadores asignados que el empujador puede manejar, el ciclo
empujador controlar la produccin. O dicho de otro modo, los
raspadores tendrn que esperar al empujador:Contactos empujadores
por 50 min-hora:
Cada contacto es una carga de 24,3 bcy. La produccin ser:
34,7 x 24,3 bcy contactos = 843 bcy / hrO 172 bcy / hr por
raspador x 4,9 = 843 raspadores bcy / hr
Si, por error, se haba pensado que los raspadores de controlaban
la produccin, la produccin calculada hubiera sido5 x 172 = 860 bcy
/ hr
Para lograr esa produccin, estaremos obligados a utilizar dos
tractores de empuje. Entonces los empujadores estaran esperando los
raspadores. Este ejemplo no incluye el efecto de la disponibilidad
mecnica
