El transporte es una de las etapas más importantes en la actividad forestal. La generalmente mala calidad de los caminos forestales, hace necesario buscar nuevos sistemas que ayuden a superar las dificultades impuestas por la topografía y el clima.
Las empresas forestales por lo general utilizan caminos de tierra en la temporada de verano cuando disminuyen las precipitaciones, y de ripio en la temporada de invierno de tal forma de bajar lo más posible los costos y poder extraer los productos del predio. Sin embargo precipitaciones estivales leves causan grandes retrasos en el transporte quedando los caminos de tierra rápidamente inhabilitados sin poderse extraer la madera. Los caminos de invierno a pesar de ser ripiados presentan en algunos sectores húmedos dificultades para el tránsito de camiones forestales.
Ante la situación antes mencionada existen posibilidades de incorporar tecnologías que disminuyan el deterioro de caminos y mejoren el desempeño de los camiones forestales. Las Centrales de Inflado permiten ajustar la presión de inflado de los neumáticos, para optimizar el desempeño en variadas situaciones de caminos para los camiones forestales.
Centrales de Inflado de Neumáticos (CTI) y su Impacto
Las Centrales de inflado presentan múltiples beneficios en los camiones forestales tales como, aumento de tracción, ahorro en los costos de construcción y mantención de caminos, disminución en la vibración sobre las piezas del camión, mayor comodidad del chofer, aumento en la vida útil de los neumáticos y efectos ambientales producto de la menor compactación y desplazamiento de partículas del suelo.
El aumento de tracción que se logra con este sistema, puede aumentar la capacidad de los camiones de sortear tramos de camino que de otro modo serían intransitables. Además el aumento en la tracción permitiría incrementar las pendientes en los trazados de los caminos, lo que puede significar un gran ahorro por menor construcción y mantención de caminos.
Estudio de la Tracción en Caminos Forestales
Crear modelos para estimar la tensión en la barra de tiro de camiones forestales, en caminos de ripio canto rodado y chancado.
Con el correr del tiempo los camiones forestales han ido aumentando la potencia de sus motores, pero no han innovado en el problema de fondo que es la adherencia entre el neumático y la superficie del suelo. Para ello existe en la actualidad las centrales de inflado (CTI), que son un sistema incorporado a la cabina del camión que permite inflar y desinflar los neumáticos, para de esta manera aumentar la superficie de apoyo sobre el camino y por ende la tracción.
La importancia del presente estudio radica en que, actualmente no existe información para Chile acerca de la tracción en sus caminos forestales y las ventajas económicas como medioambientales asociadas al uso de menores presiones de inflado. En este documento se analiza el efecto sobre la tracción, al reducir las presiones de inflado de los neumáticos de un camión forestal a 50 psi y se compara con la condición habitual de inflado (100 psi). Además se evalúa el comportamiento de la tracción para condiciones a las que normalmente se enfrentan estos vehículos.
Para ello se llevaron a cabo ensayos de tracción y roce rodante, sobre carpetas de rodado de ripio canto rodado y ripio chancado, ubicados en tres predios de la empresa Forestal Valdivia S.A.
Las variables analizadas en cada carpeta fueron: estados de los caminos (nuevo y transitado), regímenes de carga del camión (cargado y descargado) y presiones de inflado de neumáticos (100, 80, 70, 60 y 50 psi). A partir de las tensiones obtenidas de los ensayos, se analizaron los datos con el programa estadístico Statgraphics 5.0 y se ajustó una función para cada tipo de carpeta de rodado. Finalmente se calculó el coeficiente de tracción (µ), roce rodante ( f ) y pendiente máxima (Gmáx) y se graficaron las relaciones y tendencias existentes entre las variables analizadas.
Resultados del Estudio
Los resultados obtenidos en el estudio, muestran que el coeficiente de tracción aumenta a medida que se reduce la presión de inflado de los neumáticos, especialmente en caminos de ripio chancado en estado transitado y con camión cargado. Así mismo, la pendiente máxima que es capaz de ascender el camión va aumentando con menores presiones de los neumáticos, con mejoras de hasta 5 % al reducir la presión de inflado de 100 a 50 psi, produciendo ahorros significativos por la menor extensión requerida en caminos, por el aumento de las pendientes máximas.
Factores que Afectan el Transporte en Caminos Forestales
Se pueden detectar numerosas variables afectando al normal tránsito de los camiones por estas vías en forma directa e indirecta.
Factores Geomorfológicos
Dentro de estos factores la naturaleza del suelo de fundación y de la carpeta de rodado condiciona el tránsito de los vehículos, puesto que el desplazamiento de los camiones exige vencer, entre otros, la resistencia a la rodadura que provoca la carpeta de rodado, sin considerar la adherencia que le confiere al vehículo las propiedades de una carpeta de rodado en particular (Lagos, 1998).
Factores Climáticos
Existen numerosos factores climáticos que limitan el tránsito en caminos forestales. La pluviometría y la humedad afectan directamente el rendimiento de los camiones, dificultando el movimiento de estos vehículos sobre la carpeta de rodado, afectando las condiciones de adherencia sobre la superficie del camino (Lagos, 1998).
El rendimiento de los camiones forestales esta regido principalmente por las características del camino. Si es desfavorable, la productividad y vida útil de estos disminuye.
Fuerza de Tracción y Resistencia
En la dirección de viaje, la fuerza de tracción es impartida por los neumáticos de tracción sobre la superficie del camino. Para las velocidades a las cuales se pretende conducir el ensayo, la resistencia del aire es despreciable.
La fuerza que es transmitida por el motor a las ruedas de un vehículo y que le permiten aferrarse al suelo y desplazarse hacía adelante, sin resbalamiento se denomina fuerza de tracción. Esta fuerza será resultado del momento de giro, par motor o torque aplicado a las ruedas en su punto de contacto con el suelo, por lo que va a estar relacionada con la potencia del motor y su momento de giro, con el tamaño de los neumáticos y el peso que es soportado por ellos, y por la resistencia al resbalamiento o capacidad del suelo para soportarlo (Neuenschwander, 1998).
Para lograr la propulsión de un vehículo, el motor hace girar las ruedas motrices y estas no pueden deslizar sobre el camino a causa de la existencia de rozamiento entre neumático y calzada. Las ruedas del eje de tracción son obligadas a rodar y su fuerza debe ser mayor que la resistencia opuesta al movimiento por los elementos que en la hipótesis de un movimiento rectilíneo y uniforme son: roce interno, roce rodante, resistencia a la pendiente, resistencia al aire, el peso propio o eventualmente roce deslizante (Gayoso, 1990).
Si la fuerza de tracción, es mayor que la de reacción de rozamiento que se produce en la superficie de contacto del suelo, las ruedas patinarán y el vehículo no podrá avanzar. Es decir el camión puede contar con suficiente potencia para desarrollar el trabajo que le ha sido asignado, pero carecer de la necesaria capacidad de tracción para prevenir el patinamiento de las ruedas (Neuenschwander, 1998).
Gayoso (1990) señala que, la fuerza de tracción de un vehículo puede llegar a ser usada sólo en la medida que lo permita la adherencia. En la superficie de contacto entre la rueda y la calzada se transmite al camino, la presión de la rueda además de la fuerza motriz, la adherencia y fuerzas laterales. De esta forma se puede incrementar la adherencia aumentando el peso en las ruedas motrices.
Con el tiempo la potencia y capacidad de carga de los camiones forestales ha aumentado considerablemente, existiendo en la actualidad motores de más de 450 caballos de fuerza en donde la principal limitante es la adherencia de los neumáticos sobre el terreno.
En esta zona la gran cantidad de precipitaciones durante casi todos los meses del año, la alta humedad del suelo y la reducida capacidad de soporte de los suelos, producen en muchos tramos de los caminos forestales la rotura, hundimiento y destrucción de las carpetas de rodado, con la consiguiente dificultad para el desplazamiento de los camiones forestales. Entre ellos se encuentran los envaralados o planchas de madera, geotextiles y la estabilización química de los suelos (Gayoso, 1995).
Otra posibilidad para mejorar la adherencia de los camiones forestales es la utilización de ripio chancado, que mejora considerablemente el roce en el área de contacto entre el neumático y el suelo.
Como una forma de mejorar la tracción de los camiones forestales por medio del aumento de adherencia, se encuentra la opción de instalar centrales de inflado de neumáticos en las ruedas de tracción de los camiones. Este sistema permite aumentar considerablemente la adherencia de los neumáticos sin tener que realizarle correcciones al camino.
Desarrollo de las Centrales de Inflado de Neumáticos (CTI)
El diseño de los dispositivos de tracción ha sufrido inmensos cambios en los últimos 75 años. De acuerdo a Forrest (1954), el primer tractor con neumáticos fue confeccionado en 1932. En el presente las mayores aplicaciones comerciales de las CTI, se encuentran en la industria Forestal (Adams, 2002).
Cuando la presión de un neumático radial disminuye, la longitud de la huella se incrementa. Aumentando la huella de los neumáticos se reduce además la vibración y los saltos (golpeteos) que ocurren con superficies de contacto reducidas. Este efecto reduce drásticamente el efecto de la calamina. En ambos casos es el mayor tamaño de la huella del neumático, asociado a la operación a presiones reducidas es la que produce el mejoramiento. Una mayor huella resulta en una distribución más favorable del peso sobre la superficie (Dana, 2001).
A medida que la presión del neumático se reduce, el largo de la huella se agranda, incrementándose el área de contacto del neumático lo que mejora la tracción y la capacidad para subir pendientes del camión (Basel y Raybould, 1992).
Funcionamiento de las CTI
Las CTI, son sistemas que permite al chofer de un vehículo pesado, inflar o desinflar los neumáticos del vehículo desde la cabina mientras está en movimiento. Este es usualmente acompañado de un sistema electrónico controlador de los neumáticos, utilizando el aire producido por los compresores del vehículo. Con CTI, las presiones de los neumáticos pueden variarse para alcanzar el máximo beneficio para cualquier carga, velocidad, y condición de camino.
Existen 2 tipos de sistemas de CTI; el externo, que emplea líneas de aire y válvulas rotativas conectadas externamente a las válvulas de inflado y el interno que integra la conexión de aire por el centro de los ejes. Este último minimiza la exposición a las roturas en el circuito de transmisión de aire.
Usando Centrales de inflado, un vehículo puede ser operado con la presión de inflado apropiada para cada superficie de camino, condición de camino, velocidad del vehículo y la carga transportada. En carreteras, los neumáticos pueden operar con la alta presión habitual, para minimizar el roce, y en caminos de bajo estándar donde la velocidad de viaje es normalmente más lenta, la presión de inflado puede ser disminuida para incrementar el contacto de la huella sobre la ruta (Jones, 1991).
En Nueva Zelanda, los ahorros potenciales de las industrias madereras producto de incrementar las pendientes de los caminos y consiguiente construcción y mantenimiento, puede significar varios millones de dólares en ahorro anualmente (Wall, 1987).
Un incremento de tracción de hasta 60 % ha sido demostrado solamente por la reducción en la presión de inflado en camiones con configuración 6x4. Vehículos cargados transitando por caminos húmedos pueden subir una pendiente de hasta 17%.
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