CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO DE EXCAVACIONES PROFUNDAS [1]

CONTROL ESTADISTICO DEL PROCESO DE EXCAVACIONES PROFUNDAS CON FAJA

INCLINADA

Roger Cucho Lago1

Sinopsis: Toda gerencia de proyectos de construcción requiere conocer si los procesos constructivos llevados a

cabo están bajo control; esto quiere decir que su rendimiento se encuentra dentro de los límites especificados, que

no existan para por flujo, que los costos estén dentro de lo previsto, etc. El uso de una faja inclinada para

eliminación de material de excavación en edificaciones ofrece más ventajas que el método tradicional con rampa;

sin embargo, es necesario controlar este proceso conociendo los puntos críticos a través de un control estadístico

de los resultados, que posteriormente puede ser usado como medio informativo para evitar las paras por flujo de

producción. Como aporte final, se obtienen recomendaciones para la mejora de eficiencia del proceso.

Palabras Clave: Control estadístico, faja inclinada, gráfica de control, paras por flujo de producción.

INTRODUCCIÓN

La construcción de muros pantallas en excavaciones

profundas, y todos los procesos constructivos que

ello involucra, dependen exclusivamente de la

eliminación de material, convirtiéndose en cuello de

botella para el avance de muros pantalla; si la

excavación profunda se realiza con faja inclinada,

ésta se convierte en el personaje central para el

avance de la excavación. Cuando deja de operar la

faja inclinada muchos procesos constructivos

relacionados a la construcción de muros pantalla

empiezan a parar y podríamos empezar a perder

dinero en penalidades (según contratos de

eliminación, perforación y tensado de cables tensores

en muros pantalla, y otros), llamándose a éstas

“pérdidas por paras de flujo de producción”; en

Horas Hombre de Acero, Encofrado, Vaciado de

Concreto y varios; en Horas Máquina como el

alquiler de la grúa; así como en Gastos Generales. El

acumulado de las paras de la faja podría perjudicar la

programación (actualmente se exigen menores plazos

de construcción), siendo necesario su control. Es

cierto que los buffers pueden absorber los

imprevistos, sin embargo cuando éstos son muy

conservadores pueden disminuir la competitividad.

Para el control de la eliminación con faja inclinada se

pueden usar varias metodologías, sin embargo en la

presente investigación se usará el control estadístico

de procesos.

METODOLOGIA

En control estadístico de procesos contempla

variadas herramientas básicas siendo una de ellas las

gráficas de control la cual se usará para presente

investigación. A continuación describiremos el

fundamento teóricos necesarios para el análisis.

- Gráfico de control: Es el registro gráfico del

comportamiento de un indicador. Permite

analizar los datos, saber si el proceso está

controlado y cuál es el sentido de mejora, nos

permite conocer cómo va la producción, si es

algún día mejor que otro.

Para leer un gráfico es importante tener en cuenta:

Un proceso es estable cuando todos los

puntos están dentro de los límites de control.

Aproximadamente la mitad de los puntos

están en cada lado del límite de control

El uso de un tipo especial de gráficos de control

depende del tipo de datos y del número de datos “n”:

Fig.1 “Ejemplo de gráfica Xbarra-R

1 Bachiller en Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Ingeniería. Av.

Túpac Amaru 210, Rímac. Lima, Perú. rcucho@gym.com.pe

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- Limites de control: Permiten definir si la

variación es normal o especial.

LSC (UCL): Límite superior de control

LIC (LCL): Límite inferior de control

LSC y LIC Se calculan mediante fórmulas

estadísticas.

- Límites de especificación:

Son aquellos indicados por el Cliente o la

norma aplicable. Se aprecian en un

histograma.

Fig 3. Histograma con proceso centrado

Fig 4. Histograma con proceso irregular

Para usar histograma se conocerá los límites de

especificación (superior e inferior); el valor esperado

será definido en función del rendimiento del equipo y

del análisis de tiempos del proceso. Los limites de

especificación nos permitirán observar si el proceso

está centrado o no.

Al final de análisis vamos a saber si el proceso está

bajo control, si está más lejos o más cerca de la

media y cómo centrar el proceso

CASO DE ESTUDIO

La excavación analizada fue la obra “Oficinas Pardo

y Aliaga” de 6 sótanos; la excavación se realizó con

la utilización de faja transportadora inclinada mas

transición armada en castillo metálico.

Fig 5. Imagen de transición de faja

Los datos fueron tomados en varias etapas del

proceso de eliminación siendo las siguientes:

- Primera etapa: Eliminación de material de

demolición, se realizó con una excavadora

Fig 6. Imagen de demolición

- Segunda etapa: Eliminación de material con

rampa, se realizó con 2 excavadoras

Fig 7. Imagen de eliminación con rampa

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- Tercera etapa: Eliminación de material con

faja comenzado en segundo anillo, se realizó

con 2 excavadoras.

Fig 8. Imagen eliminación con faja

Los 63 datos tomados en m3/día fueron:

Tabla 1. Eliminación por día

A continuación se elabora un gráfico de tiempo

versus eliminación

Grafica 1. Grafica del Tiempos VS Rendimiento

diario. Obra “Edificio Pardo y Aliaga”

Se podrá observa las tres etapas de eliminación

demarcadas en el gráfico y sus respectivos

rendimientos por día. Haciendo un análisis general

tenemos:

- Primera etapa: Hasta la fecha de 17-Ago. La

eliminación con una excavadora presenta un

bajo rendimiento la cual es propio de las

restricciones del proceso (espacio, seguridad,

una sola excavadora para demoler y eliminar,

etc.)

- Segunda etapa: Del 17-Ago al 9-Sep. La

eliminación con rampa resultó con rendimiento

muy por debajo de lo esperado. La gran

restricción fue no tener la torre grúa instalada

desde el inicio de excavación (problema

municipal), la excavadora tuvo que mover

encofrado.

- Tercera etapa: Del 9 de Sep al 15 de Nov. ésta

tercera etapa será la que se analiza con mayor

detalle sin embargo se puede decir que el

rendimiento estuvo muy por encima de las otras

etapas, más aún mejoró con un cambio de

operador del 2-Oct al 15-Nov. El operador B

tenía experiencia como operador de fajas

mineras, así como su gran conocimiento de la

faja y su aptitud de colaboración para resolver el

problema. Tal y como lo muestra la gráfica la

experiencia y conocimiento del operador, así

como su perfil psicológico resultan ser

importantes para un óptimo desempeño del

equipo.

- Comparación con excavación sólo con rampa:

Tabla 2. Datos de Excavación de “Edificio Santo

Toribio”

CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO DE EXCAVACIONES PROFUNDAS [4]

Grafica 2. Rendimiento diario de excavación m3/día

en “Edificio Santo Toribio”

Los Gráfico 1 y Gráfico 2 corresponden a diferentes

obras razón por la cual no se puede concluir en nada

a priori, sin embargo nos da una idea de cómo es el

comportamiento del rendimiento en excavaciones con

faja y con rampa, aunque como hemos dicho

dependerá de las condiciones del lugar, entre otras

consideraciones.

Gráfica de control para eliminación con

faja inclinada.

Los datos fueron tomados en m3/día (variable),

se usará la gráfica de control Xbarra-S. Los

datos tomados corresponden exclusivamente a la

tercera etapa denominada eliminación con faja

inclinada. No fueron tomados en cuenta los

tiempos previstos (instalación de faja,

ampliaciones, etapa de instalación de transición

de la faja y otros), es decir se tomaron datos

cuando la faja inclinada estuvo operativa,

analizándose el comportamiento variable de la

eliminación. A continuación el cuadro de datos:

Tabla 3. Eliminación en m3/por día

Obtenemos gráfico Xbarra-S con Software

Minitab15:

Grafica 3. Gráfica “Media-Desviación Estándar” de

la excavación de la obra “Edificio pardo y Aliaga”

Limites de control:

De los datos se descartaron los 6 últimos días debido

a que corresponden a eliminación de la excavación

localizada; son valores bajos de rendimiento.

De la gráfica, nuestro límite de control superior será

1304 m3/día (de acuerdo a la estadística es la

media+3veces desviación estándar). El límite inferior

es 56 m3/día.

Se pueden observar un pico máximo y representa al

día donde todo funcionó bien; la faja no paro, la

excavadora tampoco paro, el alimentador no se

atasco, los camiones llegaron a tiempo, los vecinos

no protestaron por el horario, se cumplió con

asegurar la operatividad de la faja para después del

almuerzo y para el día siguiente (limpieza del

alimentador, verificación del motor, verificación de

la lona, etc.). También se observa picos mínimos

donde se presentaron muchos problemas, entre ellos

el más importante paras por atascamiento del

alimentador.

Límites de especificación:

- Limite de especificación superior:

En una excavadora el tiempo del ciclo es una

función del tipo de máquina y de las condiciones

CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO DE EXCAVACIONES PROFUNDAS [5]

de trabajo que incluyen el ángulo de giro, la

profundidad o altura de corte.

Un ciclo se considera como el total de las

operaciones de corte, giro con carga,

desplazamiento o viaje, descarga, giro vacio y

regreso vacio. En el caso de palas frontales o

excavadoras de azadón, el desplazamiento es

nulo o muy pequeño, considerándose cero este

tiempo.

Tabla 4: Tiempo de ciclos promedios

Según informe de titulación de Universidad de

Piura (2) se muestran en la tabla 1 los tiempos de

ciclo de excavadores tipo azadón sobre orugas,

para condiciones promedio.

La tabla 1 se cumple para una profundidad de

corte entre 40% y 60 % de la máxima

profundidad de corte y ángulo de giro entre 30° y

60°, con unidades de transporte al mismo nivel

de la excavadora (para nuestro caso el

alimentador de la faja está aproximadamente al

mismo nivel de la excavadora).

A continuación alguno gráficos del movimiento

de la

excavadora.

Fig 9.Esquema de las condiciones de giro ideal

de las excavadoras

Fig 10. Carguío a tolva de camión (similar a

Alimentador de faja)

Fig 11. Giro en la vertical

En la obra “Edificio Pardo y Aliaga se usó una

excavadora 320B para cargar el alimentador de la

faja, además se usó una cuchara de 1.5 m3. Según

Portilla (3) los factores de los que depende el

rendimiento del los equipos son:

- condiciones de obra

- condiciones de equipo

- condiciones de operador

Tomando en cuenta las consideraciones de Portilla,

para la obra resultó un tiempo promedio de 22

segundos la duración de un ciclo, la cual comparada

con la tabla 1 varían en 5 segundos para una

capacidad de cuchara de 1.5 m3. Considerando un

tiempo de trabajo de 9 horas diarias tenemos el

Límite de Especificación Superior en 2209 m3/dia.

- Límite de especificación inferior:

De acuerdo a la programación tenemos:

25734.29 m3

Tabla2: Tiempo de ciclos promedios

2 Fuente: curso de titulación Universidad de Piura 2006 “Esquema

de la capacidad del cucharón de las palas y azadón”.

CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO DE EXCAVACIONES PROFUNDAS [6]

Como podemos observar de la tabla 2,

tenemos 64 días para eliminación de material

de 6 sótanos. De acuerdo a la programación y

el metrado de eliminación, tenemos el límite

inferior en 402.1 m3/día.

- Valor esperado:

Fig 11. Carga de Camión

Ahora usaremos los límites de especificación

en un histograma obtenido a partir de los

datos de eliminación por día (m3/día) de la

tabla para saber si nuestro proceso está

centrado o no.

Para obtener el valor esperado se analizó el

tiempo promedio de carga de un camión de

18 m3, resultando ser en promedio 6 minutos

más 1 minuto de cambio de camión cargado a

camión vacio. Cabe mencionar que el valor

esperado depende del Layout de la obra,

dependiendo cómo se ha planificado el

carguío del camión. En la obra analizada se

trató en lo posible que los camiones se

estacionen en cola para disminuir el tiempo

de camión cargado a camión vacio, la cual

resulta ser un tiempo incidente transformado

a m3 que se dejan de eliminar en dicho

cambio.

Luego, el ciclo del camión sería 7 min

(6min+1min)

El Valor Esperador esperado resultó ser 1300

m3/dia).

Fig 12. Histograma de rendimiento en m3/día de la Faja Inclinada

(Obtenido del Software Minitab15)

- Observamos que el 19% de los valores están

por debajo del valor mínimo de

especificación y el 80% están entre el valor

mínimo y el valor esperado. El valor máximo

de especificación lo determina la excavadora,

existiendo una oportunidad de mejora en el

rendimiento de la faja. Sabemos que el

rendimiento de la faja también está limitado

porque toma en cuenta el rodamiento del

material en el transporte, sin embargo existen

muchas soluciones para evitar el rodamiento,

tal que se pueda cambiar por ejemplo la lona

lisa de la faja por una lona con estriada y

rugosa.

CONCLUSIONES

- El bajo rendimiento de la excavación con rampa

obedeció a la instalación tardía de Torre grúa

(problemas municipales), haciendo las

excavadoras labores de grúa, como lo muestra la

Grafica del Tiempo VS Rendimiento diario de la

obra “Edificio Pardo y Aliaga”.

- El cambio de operador marcó un ritmo diferente

en el rendimiento de la faja la cual puede

observarse en la Grafica del Tiempos VS

Rendimiento diario de la Obra “Edificio Pardo

y Aliaga”.

- El proceso estuvo controlado de acuerdo a la

Gráfica “Media-Desviación Estándar”,

experimentando picos máximos cuando se

aseguró la operatividad de la faja 2 veces al día

(en el transcurso del almuerzo “para la tarde” y

al finalizar el día “para el día siguiente”), cuando

3 Fuente: Tesis de titulación Universidad de Ingeniería 2011

“Rendimientos reales de una motoniveladora”.

CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO DE EXCAVACIONES PROFUNDAS [7]

llegaron todos los camiones a tiempo, cuando la

excavadora tuvo un buen mantenimiento previo;

y picos mínimos cuando no se cumplió con

asegurar la operatividad de la faja (limpieza de

alimentador, aceite de motor, etc.), cuando no

llegaron los camiones a tiempo o cuando fue una

característica propia de la finalización de la

excavación.

- El 81% de los rendimientos estuvieron entre los

límites mínimos y el valor esperado la cual

resulta ser un buen indicador de eficiencia

considerando que el proceso es NO

INDUSTRIAL. El 19% de los rendimientos

estuvieron por debajo del límite según el

“Histograma de rendimiento en m3/día de la

Faja Inclinada”, sin embargo hay que tomar en

cuenta las características de la finalización de la

excavación en la cual se elimina material propio

de la excavación localizada.

- Se observa, de acuerdo “Histograma de

rendimiento en m3/día de la Faja Inclinada” una

gran oportunidad de mejora en aspectos técnicos

de operación de la faja pudiéndose encontrar

soluciones a la rodadura del material debido a la

velocidad de la faja y el amplio rendimiento de

la excavadora no aprovechada en su totalidad.

RECOMENDACIONES

- Para mover el valor esperado hacia la derecha se

recomienda un doble chute de descarga de

material hacia los camiones, tal que los

camiones se estacionen en sentidos opuestos,

eliminando el tiempo de cambio de camión

lleno a camión vacio. Este tiempo realmente es

considerable siendo de 1 minuto en promedio lo

cual a su vez equivale a 270 m3/día que

dejamos de eliminar por éste cambio de

camiones.

- Lo problemas municipales deben tomarse con

mayor cuidado para el ciclo de Deming.

- La selección del operador de la faja es un punto

importante a tomar en cuenta, recomendándose

evaluar tanto aspectos técnicos como

psicológicos (actitud o ganas).

- Asegurar la operatividad de la faja para el día

siguiente, es un punto crítico que si se controla

adecuadamente lograremos un histograma

centrado. Esto se consigue limpiando

principalmente el alimentador de la faja,

verificando la lona, el motor, etc.; es

recomendable hacerlo 2 veces al día, en el

transcurso de la hora de almuerzo y al finalizar

el día.

- Se recomienda realizar investigación de un

análisis factorial de todos los procesos que

interviene en la excavación profunda.

- En el inicio de toda excavación se recomienda

realizar una simulación con Cyclone con

software Ezstroboscope. Asimismo el uso del

Revit para la simulación de la planificación.

Planificación de la excavación con Revit Structure, Edificio Real 8 y 9.

Instalación de la Faja, Grúas y Datos obtenidos de muros pantalla (área

de encofrado, volumen y largo del paño)

- Para disminuir los tiempos planificados

(instalación, ampliación desmontaje, etc.) y la

eliminación de restricciones propias de la faja

inclinada se recomienda la factibilidad de

construcción de una faja vertical. Se recomienda

simular instalación de la faja vertical.

REFERENCIAS

Project Management Institute “Una Guía a los

Fundamentos de la Dirección de Proyectos –

PMBOK GUIDE”. Newtown Square, Pennsylvania.

EE.UU., 2003.

Serpell Bley, Alfredo. “Administración de

Operaciones de Construcción”. Primera Edición.

Ediciones Universidad Católica de Chile. Chile,

1993

Quiroz Gonzales, Rosa. “Herramientas de gestión y

técnicas estadísticas”. Sección de postgrado UPC.

2011

Curso de titulación Universidad de Piura 2006

“Esquema de la capacidad del cucharón de las palas

y azadón”.

Portilla, Miguel. “Rendimiento real de una

motoniveladora”. 2011

TRANSERMIR. “Vales de entrada y salida de

camiones-Obra Pardo y Aliga”.