Cómo el diseño del tren de rodaje influye en la estabilidad de la máquina en pendientes

Distribución de la presión sobre el suelo y estabilidad en pendientes

Lograr una distribución adecuada del peso es fundamental para operar con seguridad en pendientes. Cuando la presión sobre el suelo no es uniforme, se generan problemas de inestabilidad que empeoran a medida que la inclinación se vuelve más pronunciada. La mayoría de las personas saben que esto ocurre cuando los rodillos están desalineados o cuando los puntos de pivote muestran desgaste debido al uso constante. Como consecuencia, se produce un desequilibrio en la forma en que el peso se aplica sobre la máquina, lo que, de hecho, reduce la fricción entre las superficies. Las pruebas realizadas en mesas inclinables demuestran que esto puede incrementar la probabilidad de deslizamiento lateral en más del 40 por ciento. Al mismo tiempo, la máquina se vuelve más propensa a volcar, ya que su centro de gravedad se desplaza de forma inesperada. Los principales fabricantes de equipos abordan estos problemas mediante sistemas especiales de tensado de cadenas y una colocación cuidadosa de las poleas tensoras a lo largo del chasis. Estos ajustes ayudan a mantener una presión equilibrada en todos los puntos de contacto bajo la máquina, mejorando notablemente su capacidad para manejar condiciones de terreno difíciles.

Cómo la presión desigual sobre el suelo incrementa el riesgo de deslizamiento lateral y vuelco en pendientes

Los problemas de presión en pendientes pueden provocar una inestabilidad grave de dos maneras principales: cuando el terreno cede localmente y cuando el peso se desplaza de forma desigual sobre la máquina. El problema empeora cuando zonas con mayor carga ejercen una presión superior a la que el suelo puede soportar, especialmente en condiciones de arcilla húmeda o roca suelta. Esto genera puntos débiles justo debajo de las zonas donde se aplica la mayor presión. Al mismo tiempo, las áreas sometidas a menor presión tienden a deslizarse con mayor facilidad, actuando como puntos de giro que hacen que las máquinas vuelquen de forma imprevista. Según las pruebas realizadas conforme a la norma ISO 5010 de 2021, incluso pequeñas diferencias tienen una gran importancia: tan solo una diferencia del 15 % en la presión sobre una pendiente de aproximadamente 20 grados multiplica por seis la probabilidad de vuelco. Para contrarrestar estos problemas, los fabricantes de equipos han comenzado a utilizar elementos como barras equilibradoras oscilantes y placas de oruga ajustables. Estos componentes ayudan a distribuir la fuerza sobre distintas partes de la máquina durante su desplazamiento, lo cual resulta fundamental para mantener la estabilidad de las excavadoras, independientemente de su tamaño o de la anchura a la que estén configuradas.

Beneficios de flotación de la anchura de vía optimizada: datos de ensayo ISO 10266 sobre la capacidad de retención en pendiente

Los perfiles de vía más anchos transforman el rendimiento en pendientes mediante la física de la flotación. Al ampliar el área de contacto con el suelo, las configuraciones optimizadas reducen la presión sobre el terreno hasta un 35 % en comparación con los diseños estándar. Esto genera un efecto de succión que contrarresta las fuerzas gravitacionales de deslizamiento, un principio validado en los ensayos de certificación ISO 10266:2023:

Los datos reflejan las condiciones de suelo ASTM F1637 con un contenido de humedad del 30 %

Una huella más ancha ayuda a distribuir mejor el par de torsión en todo el sistema de bastidor inferior y mantiene la máquina estable durante el desplazamiento. De hecho, esto evita que el suelo se compacte excesivamente en un solo punto al realizar giros, lo cual resulta especialmente importante para mantener la trayectoria al trabajar en pendientes superiores a 30 grados. En condiciones climáticas lluviosas, las máquinas con orugas estrechas tienden a deslizarse aproximadamente un 70 % con mayor frecuencia, lo que representa un problema grave. Actualmente, los equipos diseñados para pendientes pronunciadas aprovechan eficazmente esta relación entre anchura y presión para superar obstáculos de terreno complejos que detendrían por completo a otras máquinas.

Tracción Interacción entre materiales y superficie en pendientes resbaladizas

Orugas de acero frente a orugas de caucho: comparación del coeficiente de tracción (ASTM F1809) en condiciones de pendiente mojada, embarrada y helada

Cuando se trata de pendientes secas, las cadenas de acero ofrecen realmente aproximadamente un 18 % más de tracción en comparación con las de caucho, con valores que indican un coeficiente de 0,42 para el acero frente a 0,35 para el caucho, según la norma ASTM F1809-22. Sin embargo, las cosas cambian bastante cuando analizamos condiciones de arcilla húmeda. Aquí es donde el caucho verdaderamente destaca, superando al acero en casi un 27 % gracias a su adherencia conformal. En cambio, en pendientes heladas de 25 grados, el caucho vulcanizado sigue logrando mantener una buena adherencia al terreno, con un coeficiente de aproximadamente 0,28, debido a su ligera deformación a nivel microscópico. El acero no tiene tanta suerte y desciende hasta tan solo 0,19 en condiciones similares. Estas diferencias son muy relevantes para el diseño del tren de rodaje y la estabilidad general de la máquina. La flexibilidad del caucho ayuda a reducir los problemas de deslizamiento durante situaciones de aquaplaning, mientras que las máquinas con cadenas de acero tienden a deslizarse con mayor facilidad sobre superficies congeladas, donde la adherencia ya está comprometida.

Pérdida de estabilidad inducida por el desgaste: curvas de degradación de la adherencia de las orugas de caucho en pendientes superiores a 30°

Las orugas de caucho comienzan a perder adherencia de forma significativa tras aproximadamente 2000 horas de funcionamiento, especialmente al ascender pendientes con una inclinación superior a 30 grados. El coeficiente de adherencia disminuye drásticamente, pasando de aproximadamente 0,38 a tan solo 0,23 en condiciones embarradas, lo que aumenta considerablemente el riesgo de vuelco de las máquinas. ¿Qué causa este fenómeno? Principalmente, las tacos se comprimen con el tiempo y se forman pequeñas grietas en la superficie de caucho, lo que impide que eliminen eficazmente el barro en suelos ricos en arcilla. Las máquinas que operan con estas orugas desgastadas resbalan efectivamente el doble de veces en pendientes superiores a 35 grados comparadas con máquinas nuevas. Para contrarrestar este problema, la mayoría de los fabricantes de equipos diseñan sus orugas con bloques escalonados que mantienen suficiente espacio entre ellos para cumplir los requisitos básicos de seguridad establecidos por las directrices industriales para el trabajo en terrenos empinados.

Geometría cinemática y control de la transferencia de peso

Configuración del tren final de transmisión (marcha baja/alta) y su efecto en la vectorización del par y el desplazamiento del centro de gravedad durante el ascenso/descenso

La ubicación del tren de transmisión final marca toda la diferencia a la hora de mantener la estabilidad de las máquinas mientras se desplazan sobre pendientes. En las configuraciones de transmisión baja, la rueda dentada motriz se sitúa debajo del bastidor de la oruga, lo que reduce efectivamente el centro de gravedad (CoG) entre un 12 % y un 18 % con respecto a las configuraciones de transmisión alta. Esta disposición ayuda a reducir esos molestos movimientos de cabeceo al ascender cuestas, ya que el par motor se distribuye de forma uniforme a lo largo del tren de rodaje, en lugar de concentrarse en un solo punto. Esto significa que no se producen cambios bruscos en la distribución del peso que podrían hacer que la máquina volcara hacia atrás en pendientes superiores a aproximadamente 25 grados. Al descender, estos sistemas utilizan engranajes planetarios especiales para mantener una tensión constante en la oruga, reduciendo así la probabilidad de que la máquina se deslice de forma incontrolada. Las pruebas en condiciones reales también arrojan resultados bastante impresionantes: las máquinas con transmisión baja resbalan lateralmente cerca de un 40 % menos en pendientes de esquisto. Logran esto contrarrestando las fuerzas centrífugas mediante conceptos mecánicos básicos de palanca, lo que las hace mucho más seguras y predecibles en condiciones de terreno complicado.

Articulación del pivote y la horquilla: equilibrio entre conformidad con el terreno y rigidez estructural para operación en pendientes pronunciadas

Las articulaciones de giro en los sistemas articulados permiten que las máquinas se doblen y flexionen al desplazarse sobre terrenos irregulares sin desintegrarse. Estas articulaciones suelen incorporar horquillas con rodamientos de rodillos esféricos que permiten aproximadamente 15 grados de movimiento vertical por rueda del tren de rodaje. Esto ayuda a que las cadenas permanezcan en contacto con el suelo sin torsionar el bastidor. Sin embargo, también existe un compromiso: demasiada flexibilidad puede afectar realmente la estabilidad. Según las normas de ensayo, las máquinas construidas con sistemas de articulación rígida vuelcan un 28 % menos frecuentemente en pendientes de 30 grados. Los ingenieros experimentados encuentran un punto intermedio utilizando rodamientos cónicos, que soportan mejor las fuerzas laterales mientras mantienen el movimiento angular dentro de los límites establecidos. Un buen diseño mantendrá la deformación del bastidor por debajo de cinco milímetros incluso bajo cargas laterales máximas, garantizando una distribución adecuada del peso entre las cadenas y la superficie del suelo, lo cual resulta fundamental para mantener la estabilidad en pendientes pronunciadas.

Sistemas con cadenas frente a sistemas con ruedas: ¿por qué? Chasis El diseño determina el rendimiento en pendiente

Lo que realmente distingue a las máquinas orugadas de sus homólogas sobre ruedas se reduce a la forma en que distribuyen su peso sobre el suelo, lo cual marca toda la diferencia al trabajar en pendientes. Con orugas, el peso de la máquina se reparte sobre un área superficial mucho mayor, ejerciendo así una presión significativamente menor sobre el suelo que las ruedas. Esta configuración también permite que la máquina se sitúe más cerca del suelo y logre una mejor adherencia frente a la gravedad, reduciendo así la probabilidad de deslizamiento lateral en cuestas. Las ruedas, por su parte, cuentan una historia distinta: concentran todo el peso en tan solo unos pocos puntos pequeños, lo que puede provocar que se hundan en tierra blanda y les resulte difícil mantener su posición una vez que la pendiente supera aproximadamente los 15 grados. Expertos del sector han observado que las máquinas orugadas mantienen contacto con el suelo aproximadamente un 40 % más tiempo en pendientes de 30 grados, lo que, obviamente, contribuye notablemente a la estabilidad durante las operaciones en esas difíciles laderas laterales. Al enfrentarse a terrenos extremadamente empinados, donde el riesgo de vuelco constituye una preocupación importante, elegir correctamente el tren de rodaje se vuelve absolutamente esencial para garantizar la seguridad de los trabajadores.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los principales riesgos asociados con una presión del suelo desigual en pendientes?

Una presión del suelo desigual en pendientes aumenta el riesgo de deslizamiento lateral y vuelcos. Las zonas con carga excesiva pueden provocar colapsos locales del suelo, mientras que una distribución desequilibrada del peso puede causar inclinaciones inesperadas e inestabilidad.

¿Cómo abordan los fabricantes de equipos los problemas de estabilidad en pendientes?

Los fabricantes utilizan sistemas de tensado de orugas, barras niveladoras, placas de oruga ajustables y perfiles de oruga más anchos para mantener una presión del suelo equilibrada y mejorar la estabilidad en pendientes.

¿Cuáles son las ventajas de utilizar orugas de goma frente a orugas de acero en distintos terrenos?

Las orugas de goma ofrecen una mejor tracción en condiciones húmedas y embarradas gracias a su agarre conformal, mientras que las orugas de acero proporcionan una mayor tracción sobre superficies secas. Asimismo, las orugas de goma reducen el deslizamiento sobre superficies heladas.

¿Cómo afecta la configuración del tren final a la estabilidad de la máquina en pendientes?

Las configuraciones de baja transmisión reducen el centro de gravedad, disminuyendo los movimientos de cabeceo y los cambios en la distribución del peso, lo que mejora la estabilidad tanto en pendientes ascendentes como descendentes.