TEMA 4

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Mayo del 2020
TEMA 4:
MAQUINARIAS PARA MOVIMIENTO DE TIERRA
-CARGADORES FRONTALES
-PALAS MECANICAS 
Asignatura: 
Caminos II
Docente: 
Mg.Ing. Pérez Castañón Daniel
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS
CAMINOS II
CARGADORES FRONTALES
Son elementos diseñados para cargar material y transportar sobre volquetes, camiones o vagones.Existen 
diferente tipos de cargadores:
Básicamente la producción de un cargador es igual al producto de la 
cantidad del material que conduce el cucharón por carga, multiplicada 
por el número de cargas por hora.
3.1 CARGADORES DE CARRILES(ORUGA)
CAPACIDAD DE LA MAQUINA DE CARRILES 
El material que mueve un cargador es en estado natural (en banco), o se halla suelto y amontonado. 
Sin embargo, esto no proporciona la capacidad final de máquina. Debe tomarse en cuenta también el 
Factor de (acarreo). En la siguiente se dan algunos factores de acarreo.
MATERIAL FACTOR
Agregados uniformes 85 al 95%
Agregados húmedos y mezclados 96 al 100%
Marga húmeda 90 al 100%
Tierra, piedras, raíces 80 al 100%
Materiales cementados 85 al 95%
CARGADORES FRONTALES
CAMINOS II 
Un cargador de carriles con cucharon de 2.5 𝒎𝟑 de capacidad indicada
se halla cargando marga de un banco ¿Cuánto mueve en cada ciclo?
𝑚3𝑏 =
𝑚3𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜𝑠
1 + 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑣.
=
2.5 𝑚3
1 + 0.23
𝑥100 = 2.03 𝑚3
En cada ciclo mueve 2.03 𝑚3𝑏.
EJEMPLO:
SOLUCION:
La fórmula para determinar la cantidad de material en 𝑚3sueltos es: capacidad 
indicada x factor volumétrico de conversión x factor de acarreo.
Se obtiene factor de expansión=0.23 
Se indica factor de acarreo igual a 1.00 (utilizando 100%)
Luego: 
CARGADORES FRONTALES
CAMINOS II 
• CAPACIDAD A RAS: 
Se define como el volumen del material que permanece en el cucharón después de pasar un 
rasero que toque por un extremo la cuchilla, y por el otro la parte más alta del lado trasero del 
cucharón.
• CAPACIDAD COLMADA O NOMINAL:
Es l capacidad a ras más la cantidad adicional que se acumule con un ángulo de reposo 2:1, 
con el nivel a ras paralelo al suelo. 
TIEMPO DE CICLO. CARGADOR DE CARRILES
El tiempo de carga, depende del material en cuestión.
TABLA : TIEMPO DE CARGA DE LOS CARGADORES DE CARRILES
MATERIAL MINUTOS
Agregados uniformes 0.03 a 0.05
Agregados húmedos mezclados 0.04 a 0.06
Marga húmeda 0.05 a 0.07
Tierra, piedras, raíces 0.05 a 0.20
Materiales cementados 0.10 a 0.20
CAMINOS II 
Tiempo de carga según la tabla anterior = 0.03 minutos
Tiempo de descarga = 0.04 minutos
Tiempo de maniobras = 0.22 minutos
Si conduce el material por 30 m en 3a de avance, de acuerdo tendríamos 0.20
de tiempo de acarreo y 0.20 de regreso; de modo que el tiempo del ciclo
sería el siguiente:
0.03 + 0.04 + 0.22 + 0.20 + 0.20 = 0.69 minutos
Con un tiempo de ciclo de 0.69 minutos, se efectuaría 87 ciclos/horas o sea:
60 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠
0.69 𝑚𝑖𝑛/𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
=
87𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠
ℎ𝑟
𝑎𝑙 100% 𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎.
EJEMPLO: Un cargador, con capacidad indicada de 2.5 𝒎
𝟑 en el cucharón, carga camiones 
con los agregados uniformes de un montón. ¿Cuál es su tiempo de ciclo?
SOLUCION:
Los Tiempos fijos, se obtienen de las especificaciones técnicas de las maquinas respectivas
RENDIMIENTO DE UN CARGADOR FRONTAL CON CARRILES 
CAMINOS II
Se calcula mediante la siguiente fórmula :
𝑅 =
60 𝑥 𝑄 𝑥 k 𝑥 𝑓
𝐶𝑚
Donde:
R= rendimiento en 𝑚3/hr.
60 = número de minutos de la hora.
Q = capacidad de la hoja en 𝑚3, en estado suelto
E = factor de acarreo
f = factor de conversión de los suelos.
Cm = tiempo del ciclo en minutos.
Cuál es la producción de un cargador de carril del tipo 951-C que trabaja con un cucharón de 
empleo general y con capacidad a ras, el material a cargar es suelto y de 1/8’’ de diámetro, en una 
distancia de acarreo de 65 metros. La densidad del material ES 1660 kg/𝒎𝟑. El camino por el cuál 
se trasladara en un pavimento de concreto y sin pendiente, las condiciones de trabajo son 
favorables.
EJEMPLO:
Sabemos que: Cm = TF + TV… (2) 
Tenemos:𝑅 =
60 𝑥 𝑄 𝑥 𝑘 𝑥 𝑓
𝐶𝑚
… (1)
Q = 1.16 m3. 
f = 1.00. Tiempo fijo: carga: 0.04 minutos
k = 0.95. descarga: 0.05 minutos
maniobras: 0.22 minutos
0.31 minutosTIEMPO VARIABLE:
TV ida =
60𝐷
1000 𝑉
, consideramos 2𝑎 velocidad por lo que V= 5.9
Luego = TV ida =
60 𝑥 65
1000 𝑥 5.9
= 0.66 𝑚𝑖𝑛
TV vuelta =
60𝐷
100 𝑥 𝑉
, 𝑐onsideramos 3𝑎 velocidad por lo que V = 9.5.
TV vuelta =
60 𝑥 65
1000 𝑥 9.5
= 0.41 𝑚𝑖𝑛.
Luego: TV = 0.66 + 0.41 = 1.7 minutos.
Reemplazando datos en (2): Cm = 0.31 + 1.07 = 1.38 minutos
Reemplazando datos en (1): 𝑅 =
60 𝑥 1.16 𝑥 1.00 𝑥 0.95
1.38
= 47.91 𝑚3/h.
Factor de eficiencia: Suponiendo que trabaja 55 min.
Factor de eficiencia = 55/60 = 0.92
Luego el rendimiento real será= 47.91 x 0.92 Real = 44 m3/hr
CAMINOS II
SOLUCION:
CAMINOS II
f) Medio Túnel
Tabla N° 4.2. (7)
LLENADO FACTORES DE (Acarreo) DE LOS CARGADORES DE RUEDAS
Factor
Granulometría del Material Suelto
Agregados húmedos mezclados 95 a 100 %
Agregados uniformes hasta de 1/8”(3 mm) 95 a 100 %
De 1/8” a 3” (3 a 9 mm) 85 a 90 %
De1/2” a 3/4” (12 a 20 mm) 90 a 95 %
De 1” (24 mm) o más 85 a 90 %
Material de volumen
Bien fragmentado 80 a 85 %
Fragmentación mediana 75 a 80 %
Mal fragmentado (con lajas o bloques) 60 a 65 %
3.2 CARGADORES DE RUEDAS
Este tipo de cargadores es óptimo para trabajar
sobre suelos firmes, se utilizan además
cucharones de descarga lateral – siendo
recomendables en espacios muy reducidos. Al
igual que con el cargador de carriles, deben
tomarse en cuenta las características de
acarreo del material que se carga, En la tabla
Tabla
LLENADO
FACTORES DE (Acarreo) DE LOS CARGADORES DE RUEDAS
TIEMPO DE CICLO DEL CARGADOR DE LLANTAS 
CAMINOS II
El tiempo del ciclo de un cargador de llantas está constituido por los tiempos parciales de las cuatro partes: 
carga, acarreo, descarga y regreso. (Sin embargo, para facilitar la solución de los problemas, puedo considerar 
en otra forma).
Un cargador de ruedas de bastidor articulado, equipado con cucharon de 4.6 m3 de
capacidad indicada, carga material de diversas tamaños de partículas y recorre 120
m en segunda velocidad desde un sector plano hasta una tolva pequeña, ¿Cuál es el
del ciclo?
Solución
Tiempo del ciclo básico = 0.4 minutos
Tiempo de acarreo = 0.55 minutos
Tiempo de regreso = 0.55 minutos
Tolva pequeña = 0.04 minutos
Tiempo de ciclo = 1.54 minutos
Esto significa: 60/1.54 = 39 ciclos/hr a 100% de eficiencia
NOTA: El rendimiento se calcula utilizando la fórmula:
R=
60 𝑥 𝑄 𝑥 𝐹 𝑥 𝐾
𝐶𝑚
EJEMPLO:
CAMINOS II
Los Tiempos fijos, se obtienen de las especificaciones técnicas de las maquinas respectivas
PALAS MECANICAS
CAMINOS II 
Son máquinas que se usan para excavar material suelto y cargarlas sobre los vehículos de transporte 
tales como volquetes, camiones, vagones. Se designa el tamaño de la pala según la capacidad del 
cucharón.
Clases de Palas Mecánicas:
PARTES DE UN PALA: Esquema
1. Pala con cucharón de puntas (Shavel).
2. Pala con cucharón de arrastre o draga (Dragline).
3. Pala con cucharón de almeja (Clamshuell).
4. Retroexcavadora (Trench hol, Poll Shovel)
5. Grúa (Lifting Crane).
RENDIMIENTO DE LAS PALAS MECANICASCAMINOS II
Las condiciones que influyen en el rendimiento son la clase de material, el ángulo en que debe 
moverse el aguilón hasta la máquina de acarreo, el tamaño del cucharón, la profundidad 
óptima del corte (excavación en que la pala llena el cucharón sin que haya derrames) y la 
eficiencia general del trabajo.
Para calcular el rendimiento de las palas se utilizan tablas que han confeccionado los fabricantes de acuerdo a
experiencias realizadas. Se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
𝑅 =
3600 𝑥 𝑄 𝑥 𝐸 𝑥 𝑓 𝑥 𝑘
𝐶𝑠
R= Rendimiento en 𝑚3/h
3600= Nº de segundos en una hora
E = factor de eficiencia de la pala
Q = Capacidad del cucharón
f = factor de conversión de suelos
k = factor de eficiencia del cucharón
Cs = tiempo del ciclo en segundos
CAMINOS II
• PALAS CON ORUGAS: Son las más pesadas y se utilizan con gran eficiencia en terrenos blandos, no hay
dificultad en el transporte sobre el terreno de trabajo porque la gran superficie de las orugas permite un
pequeño peso por unidad de superficie. Se utilizan estas máquinas para bancos de gran volumen y donde no
haya mucha necesidad de transportarla de un lugar a otro.
• PALAS CON RUEDAS: Son las livianas y su empleo es correcto en obras en las cuales haya que trasladar
constantemente la pala.
Las palas mecánicas pueden funcionar a:
-Petróleo
-Gasolina
-Electricidad
TABLA 
FACTOR DE EFICIENCIA K DE LAS CUCHARAS USADAS EN PALAS MECANICAS
TIPO DE TRABAJO TIPO DE IMPLEMENTOS
CUCHARON EN PUNTAS 
(SHOVEL) 
CUCHARON EN ARRAS
(DRAGLINE)
Excavación Liviana
Material movido, suave, libre de elementos escurridizos. 
Materiales con aglomerantes que no solo llenan 
fácilmente la cuchara, sino que con frecuencia la 
colman. La sobrecarga compensa la pérdida. Arena 
seca o grava menuda, tierra movida. Arena-arcilla, 
escorias o cenizas. Roca o materiales bien removidos 
con explosivos. 
95% a 100% 95% a 100%
Excavación de tipo medio
Materiales duros que no necesitan explosivos, pero sin 
ser rotos con las uñas y que causan vacíos en las 
cucharas.
Arcilla seca o húmeda – Grava gruesa-terrones.
85% a 90% 80% a 90%
Excavaciones de tipo duro
Materiales que requieren algo de explosivos poco 
poderosos(pólvora), pero que pueden recogerse, 
causando vacíos en las cucharas. 
Caliza bien triturada, arenisca y otras rocas Trituradas 
por explosivos.
Arcillas pesadas, mojadas y Gravas con cantos 
grandes. Gravas cementadas.
70% a 80% 65% a 75%
CONDICIONES: Fase de excavación suficiente para conseguir carga completa del cucharón. También puede hacerse por cargas 
pequeñas, cuando la excavación es en bancos, especialmente con cucharas de gran capacidad. Las cifras son solo aproximados. 
CAMINOS II
EJEMPLO:
CAMINOS II
Calcular el rendimiento de una pala shovel de la capacidad 0.57 𝒎𝟑 que realiza una 
excavación liviano en condiciones de trabajo buena, cargando en camiones que 
están ubicadas a 120º de giro de la pala, el material es arcilloso y está en banco.
Q= 0.57 𝑚3 Sabemos que : R=
36000 𝑥 𝑄 𝑥 𝐸 𝑥 𝑓 𝑥 𝑘
𝐶𝑠
E = 0.75
f= 1.43 (factor de conversión de suelos de la tabla) Cálculo de Cs:
k = 0.95 De la tabla de sus especificaciones para la pala shovel de
Cs = ? capacidad 0.57 𝑚3obtenemos Cm = 18” para giro de
90º de rotación, pero la máquina efectúa un giro de
120º, luego:
90º ⎯⎯ 18”
30º ⎯⎯
6 "
24 "
cada 10º aumentamos 2”
Luego: R=
36000 𝑥 0.57 𝑥 0.75 𝑥 1.43 𝑥 0.95
24"
= 87𝑚3/h
SOLUCION:
EJEMPLO
Determinar el tamaño mínimo de una pala mecánica shovel para excavar y cargar material en una cantera por un total de
30 000 𝒎𝟑 en estado natural de tal manera que el trabajo pueda terminarse en 20 días útiles de 8 horas. Las condiciones
de operación son buenas, el material de trabajo arena y el ángulo de oscilación 90º.
Vol = 30000 m3 El rendimiento de la pala según los datos del problema.
t = 20 días R=30000 x 1.11 /20 x 8=208 m3/h.
Q = ? 
E = 0.75 
K = 95 % = 0.95 Sabemos que: R=3600 x Q x E x f x k /Cs
f = 1.11 % (factor de conversión de suelos)
Cm = ? Reemplazando datos:
R=3600 x Q x 0.75 x 1.00 x 0.95 / Cs=2565 Q/Cs debe cumplirse:208≈2565 Q/Cs
Tanteando el valor de Q:
•Si Q =1.15m3
Cs = 18” Luego: R =2565 x
1.15
18
=164m3
Como es menor que 208 se desecha.
•Si Q=1.91 m3
Cs = 20” Luego R= 2565 x
1.91
20
=245m3
Como es mayor que 208 se desecha.
•Si Q =1.52m3
Cs = 18” Luego: R= 2565 x
1.52
18
=217 m3
Se puede considerar como satisfactorio, luego: Q = 1.52 𝒎𝟑
SOLUCION:
Una pala mecánica shovel de 2 𝒀𝒅𝟑 de capacidad realiza una excavación liviana en buenas 
condiciones en material de grava seca y menuda, efectúa la descarga en un ángulo de giro de 90º, se 
pregunta:
a)¿Cuál es el rendimiento horario de la pala?
b)¿Cuál será el costo de 𝒎𝟑 de excavación si la pala cuesta 500 N.soles diarios de 8 horas?
CAMINOS II
EJEMPLO
Q = 2 𝑌𝑑3 = 1.52 𝑚3
E = 0.75 a) 𝑅 =
3600 𝑥 𝑄 𝑥 𝐸 𝑥 𝑓 𝑥 𝑘
𝐶𝑠
K = 95 % = 0.95 Reemplazando datos: 𝑅 =
3600 𝑥 1.52 𝑥 0.75 𝑥 1.00 𝑥 0.95
18
F = 1.00 E.S (factor de conversión de suelos) 𝑅 = 217 𝑚3/ hr.
Cs = 18”
b) Costo =
𝑠/.500
217
𝑚3
ℎ𝑟
𝑥 8
ℎ𝑟
𝑑𝑖𝑎
E l costo será = S/. 0.288
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
SOLUCION:
¡GRACIAS!
CAMINOS II