“CURSO DE ACTUALIZACION PROFESIONAL EN INGENIERIA DE MINAS”
MOVIMIENTO DE TIERRAS
El movimiento de tierras es parte de las obras, realizadas en Minería y Construcción Civil.
En minería a Cielo Abierto es fundamental tener presente éste aspecto porque se realiza el desbroce o desencape del material estéril.
En movimiento de tierra es necesario realizar las siguientes actividades:
EXCAVAR, CARGAR, TRANSPORTAR y DESCARGAR.
PRINCIPIO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS
En otras palabras se trata de la relación:
“PRODUCCIÓN/COSTOS Vs MÁQUINA”.
Es necesario considerar 2 aspectos fundamentales:
La producción de las máquinas
Los costos de las máquinas
PRINCIPIO FUNDAMENTAL
“MOVER MÁS TIERRA EN UN TIEMPO DETERMINADO Y AL
MÍNIMO COSTO POR METRO CÚBICO”.
En el movimiento de tierras es fundamental
determinar la productividad de una máquina. El
rendimiento se mide estableciendo una relación
entre la producción por hora y los costos de
posesión y operación de la máquina se expresa así:
dapor tonela bajo mas Costo
mínimo horario CostoTONELADA POR COSTO
PRINCIPIO FUNDAMENTAL
“MOVER MÁS TIERRA EN UN TIEMPO DETERMINADO Y AL
MÍNIMO COSTO POR METRO CÚBICO”.
ESTIMACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
Unidades utilizadas en la Producción
• La Producción, es la cantidad de material movido por hora. La producción se puede expresar en varios tipos de unidades.
• MÉTRICAS: m3, tn
• INGLESAS: yd3, tn
CALCULO DE LA PRODUCCIÓN
En la mayoría de las aplicaciones de movimiento de tierras y manejo de materiales, la producción se calcula multiplicando la cantidad de material (carga) movido por el número de ciclos en una hora.
La carga se mide de las siguientes formas: – Pesándola
– Calculando en función de la capacidad de máquina.
– Dividiendo el volumen por el número de cargas
PRODUCCION = Tn/viaje) * viajes/hora. = Tn/hr.
Características del material
Son 3 las características que se debe tener presente de los materiales a excavar, mover y cargar
• Densidad
• Esponjamiento o expansión o dilatación
• Compactación o compresibilidad
EN BANCO
(INSITO)
SUELTO
(30% DE EXPANSIÓN)
COMPACTADO
(25% DE COMPRESIBILIDAD)
1 m3 1.3 m3 0.75 m3
1 000 Kg. 1 000 Kg. 1 000 Kg.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE LAS MAQUINAS
Son 3 los factores básicos que influyen en la
producción:
- MATERIAL.- tipo de material a mover, sus
características físicas.
- TIEMPO.- análisis de movimientos, tiempo efectivo
de trabajo, tiempos muertos.
- EFICIENCIA.- Rendimiento operativo de los equipos.
MATERIAL EN MOVIMIENTO DE TIERRAS
Es necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas de los
materiales para ejecutar económica y eficientemente los
trabajos en movimiento de tierras.
Hay materiales que se excavan y cargan sin ninguna dificultad,
pero también hay otros materiales o capas duras que requieren
primero fragmentarse con un desgarrador y hasta voladura lo
cual se hace difícil excavarla y cargarla por tanto que no posee
facilidad de carga
ELEMENTOS FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE LAS MAQUINAS
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES
Pueden clasificar en 3: Rocas En ésta se incluye el granito, la piedra caliza, los esquistos, etc. Tierras ò suelos Por ejemplo gravas, gravillas, arena, limo, arcilla, etc. Mezcla de rocas y tierra Corresponde al tipo más común de suelos en el mundo. La Propiedad de retener la humedad tiene importancia pues el contenido de agua influye en el peso y en la facilidad o dificultad de moverla.
Peso de la carga El peso total de la carga que se TRANSPORTA en el vehículo se obtiene multiplicando la densidad de la tierra suelta por el volumen de la carga en m3 suelto
PESO TOTAL DE LA CARGA VEHÍCULO = d * m3 = Tn
MODO DE PESAR LA CARGA
Para determinar el peso de la carga, se resta el peso del vehículo vacío del peso bruto total.
CARGA = PESO BRUTO DEL VEHÍCULO - PESO DEL VEHÍCULO VACÍO
Para determinar el volumen en metros cúbicos en banco del material que acarrea una máquina, se divide el peso de la carga por la densidad del material en banco.
Ejemplos de Aplicación
¿ Cuánto carga (tn) un volquete de 30 yd3 de capacidad de un material que pesa 2700 lb/BCY, tiene 12% esponjamiento?
a.- Hallando la densidad suelto del material
b.- Hallando la carga total ó peso total que carga el volquete.
Peso = 2410 lb/LCY * 30 yd3 = 72300 lb.
c.- Carga en Tn será:
Solución:
EJEMPLO
¿Cuántas yardas cúbicas ocupa en la tolva de un volquete de 100 tm de capacidad, un mineral de hierro, cuya densidad en banco es 4,2 Tm/m3 y su esponjamiento es 40%?
a.- Llevando la densidad tm/m3 a Lbs/BCY.
BCYLbsyd
m
tm
Lbs
m
tmdb /7079
308.1
1
1
62.22042.4
3
3
3
b.- Hallando la densidad suelta.
LCYlbsBCYlbs
esp
dbds /43.5056
4.01
/7079
%1
c.- Convertir la densidad suelta a Tm/ LCY.
LCYtmlbs
Tm
LCY
lbsds /293.2
62.2204
143.5056
d.- Hallando el volumen yd3 que ocupa la tolva del camión:
LCYLCYtm
tmV 61.43
/293.2
100
VOLUMEN = 43,61 yd3 material suelto
Rpsta
Solución:
El Tiempo – Factor en la Producción
Para estimar la producción hay que determinar el número
de viajes completos que hace una máquina o un equipo
por hora.
Antes de esto, debe hallarse el tiempo que invierte la
máquina en cada ciclo.
Se mide fácilmente con ayuda de un CRONOMETRO. Se
debe medir el tiempo promedio de varios ciclos completos
a fin de obtener el tiempo promedio, por ciclo. Así mismo
medir el tiempo de cada etapa o fase del ciclo como,
tiempo de carga, acarreo, etc.
El tiempo de espera, es la que invierte una máquina en espera a otro a fin de hacer juntos una operación.
El tiempo de demora, es el que transcurre cuando una maquina no participa en el ciclo de trabajo, pero no se trata de tiempo de espera.
PUNTOS CRITICOS
También es necesario considerar diferentes clases de producción:
Producción real: Incluye todo los tiempos de espera y de
demora.
Producción normal: incluye el tiempo de espera que se considera normal, pero no el que se pierde en demoras.
Producción máxima: Para calcular la producción máxima (u óptima) se eliminan los tiempos de espera y las demoras.
PUNTOS CRITICOS
Cálculos del tiempo en un ciclo Ejemplo
Se desea mover 100 000 m3 de tierra durante 4 semanas. El
trabajo es 12 horas diarias, 6 días por semana. ¿Cuál es la
producción horaria?
SOLUCION:
Producción = 347 m3/hr
Ejemplo
Una unidad de transporte en determinada condición
de trabajo tiene un tiempo del ciclo 4,5 minutos;
¿cuantos viajes por hora puede hacer la unidad?
SOLUCION: 3134
,,5
60av iajes/hor
Si la misma unidad de transporte ha sido diseñada para
llevar 22 BCY/viaje ¿Cual es la producción horaria?
Producción = 22 BCY/viaje x 13,33 viajes/hora.
= 293 BCY/hora.
Ejemplo
En un estudio de las operaciones de un equipo se obtuvieron los siguientes datos:
– Tiempo medio de espera = 0,28 minutos – Tiempo medio de demoras = 0,25 minutos – Tiempo medio de carga = 0,65 minutos – Tiempo medio de acarreo = 4,26 minutos – Tiempo medio de descarga = 0,50 minutos – Tiempo medio de retorno = 2,09 minutos
CICLO TOTAL (PROMEDIO) 8,03 minutos
Menos Esperas y Demoras 0,53 minutos CICLO MEDIO (100% Eficiencia) 7,50 minutos
Ejemplo
• Peso de la unidad de acarreo vació = 48 650 lb
• Densidad = 3 125 lb/BCY
• Peso de la unidad de acarreo cargada = 90 650 lb
Peso promedio de carga = 90 650 lb - 48 650 lb = 42000 lb
- Ciclo/hora = 8 (viajes/hr.)
Producción = BCY/ciclo * Ciclo/hora = 13.44 * 8 = 107,52 BCY/hora
Calcular la producción de la unidad de transporte.
SOLUCION:
LA EFICIENCIA – FACTOR BÁSICO EN EL TRABAJO
La eficiencia en el trabajo es uno de los elementos
más complicados para estimar la producción, pues
influyen factores tales como:
- Habilidad del operador,
- Reparaciones pequeñas y los ajustes.
- Demoras del personal, y los retrasos a causa del
plan de trabajo.
OPERACIÓN MINUTOS POR HORA FACTOR DE EFICIENCIA
- Trabajo Diurno 50 min./hr 0,83
- Trabajo Nocturno 45 min./hr 0,75
Estos factores no toman en cuenta las demoras a
causa del mal tiempo ni las paralizaciones por
mantenimiento y reparaciones. Cuando se hagan los
cálculos, hay que utilizar dichos factores de acuerdo
con la experiencia y las condiciones locales.
EFICIENCIAS
EFICIENCIAS
EFICIENCIA DEL TRABAJO BUENA
FAVORABLE
PROMEDIO
BUENA
MALA
DESFAVORABLE
Nº de minutos/hora del trabajo 55 50 40
Porcentaje (%) 92 83 67
otros alcances sobre la eficiencia:
Eficiencia de operación del equipo y la eficiencia administrativa ó de supervisión: EFICIENCIA DE OPERACIÓN EFICIENCIA EN SUPERVISIÓN
Buena 0,9 Buena 1,0 Promedio 0,8 Promedio 0,85 Mala 0,7 Mala 0,65
• Si combinamos estas 2 eficiencias tenemos el siguiente cuadro:
• 5 - 6 horas de trabajo es buen estándar en minería subterránea, pero en el Perú posiblemente se llega a 4 horas de trabajo efectivo de 8 horas por guardia.
EF. EN SUPERVISIÓN
EF. OPERACIÓN BUENA PROMEDIO MALA
BUENA 0,9 0,77 0,69
PROMEDIO 0,8 0,68 0,52
MALA 0,7 0,60 0,45
Si un equipo trabaja en promedio 45 minutos por hora ¿Cuál es el factor de trabajo? ¿Cuál sería la producción compensada si para los 60 minutos por hora se considera 50m3?
Solución:
Ejemplo
a.- Hallando factor de eficiencia,
b.- Hallando la producción compensada
Producción = 50m3 /hr * 0,75 = 37,5 m3/hr
Ejemplo
¿Cuantos minutos de trabajo efectivo realiza un equipo que tiene una eficiencia de 68%?
SOLUCION:
Min/hr = 60 min./hr * 0,68 = 40,8 min./hr
PERFORMANCE DEL EQUIPO
Performance es la capacidad del equipo de suministrar POTENCIA a una velocidad dada.
Un método simple para comprender la performance, es analizar separadamente los factores:
- Elementos que proveen potencia al vehículo.
- Elementos limitantes de performance.
Elementos proveedores de potencia
El TREN de potencia determina la potencia disponible
de un vehículo. Los elementos del tren de potencia
son:
- El motor
- El convertidor de par
- Relación de transmisión total (incluyendo la
transmisión)
- Los neumáticos o radios de rodadura de la rueda
motriz
FACTORES LIMITANTES DE LA PERFORMANCE
Entre los factores limitantes tenemos:
El perfil, altitud, condiciones de vía, entre otros.
Estos factores de la producción y performance son:
- Resistencia a la rodadura
- Resistencia a la pendiente
- Resistencia total o pendiente compensada
- Resistencia a la aceleración
- Resistencia al aire.
Resistencia a la Rodadura (R.R.)
Es la resistencia que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie plana. Es proporcional al peso total del vehículo, y se expresa por:
RR (Kg) = fR (Kg/t) x W (t) siendo: RR : Resistencia a la rodadura fR : factor de resistencia a la rodadura W: peso del vehículo. La resistencia a la rodadura depende del tipo de terreno y tipo de elementos motrices, neumáticos o cadenas.
Resistencia a la Rodadura
Resistencia en la Pendiente (Rp)
Es la fuerza de gravedad que debe vencer un
vehículo cuando asciende una pendiente. La
magnitud de dicha fuerza depende del peso total del
vehículo
Rp = PBV (Ton) * FRP
Donde:
Rp = Resistencia en pendiente
PBV = Peso bruto del vehículo en toneladas
FRP = Factor de resistencia en pendiente
Resistencia a la aceleración (Racel)
Es la fuerza de inercia. Una aceleración uniforme para
pasar de la velocidad v1 a v2 en un tiempo t:
Resistencia a la aceleración:
Racel. = 28,29 x W x v/t o
Racel. = 3,93 x W x v2/t
Donde: W = peso del vehículo.
v = velocidad.
t = tiempo en segundos.
Resistencia al aire (Raire)
Esta resistencia no se suele tener en cuenta dado que
las velocidades de los vehículos y maquinaria de obra
son pequeñas y se sabe que la resistencia al aire es
proporcional al cuadrado de la velocidad.
R.aire = K x S x V2 .
Donde:
V (m/s) = la velocidad del vehículo.
S = la superficie desplazada normal a la dirección
del movimiento y
K = coeficiente que depende de la forma de la
máquina (más o menos aerodinámica) y que
está comprendido entre 0,02 y 0,08.
Resistencia Total (Rt)
La resistencia total será la suma de todas las
anteriores, cuya expresión es:
R. total = Rr + Rp + R.acel + R.aire
R.total = fr x W ± 10 x i x W + Racel + K x S x v2
EQUIPOS DE CARGUIO Y EXCAVACIÓN
En los tajos abiertos existen diferentes métodos de carguío - excavación, los equipos pueden ser cargadores o excavadoras y otros pueden hacer las dos operaciones. Entre los principales tenemos:
Cargadores
- Palas de cable (palas mecánicas)
- Cargador frontal
- Palas hidráulicas
- Retro cargadoras
EQUIPOS DE CARGUIO Y EXCAVACIÓN
Excavadoras
- Dragas “ dragalines”
- Excavadoras hidráulicas
- Retro excavadoras “back holes”, “clamshells”
- tractores (sobre orugas ó llantas)
Cargador – Excavador
- Excavadoras con ruedas giratorias “bucket wheel excavator”
- Moto traíllas “scrapers”
- Dragas hidráulicas “dredges
Equipo de carguío.
Los mineros en general tienen muchísimos años de experiencia con cargadores de ruedas y palas de cable, cargadores hidráulicos, conocen sus capacidades, sus bondades, sus potencias, sus debilidades, tienen experiencia en reparación y mantenimiento de una amplia variedad de equipos similares.
Ahora, si la toma de decisión es objetiva que se base en la lógica y en la economía, asumiremos que el Ingeniero de Minas tomará la decisión más correcta, para cada tipo de operación.
CRITERIOS PARA ELEGIR EQUIPO
CARGUIO – EXCAVACIÓN
- Tipo de material, metálico, no metálicos, roca etc.
- Fragmentación del material.
- Altura e inclinación del frente.
- Espacio para maniobrabilidad, de acuerdo al diseño del tajo.
- Consideraciones del piso de trabajo.
- Requerimiento de rendimiento o producción.
- Carguío a camión, tolva o pila.
- Flota de equipo existente si es que hubiera.
- Disponibilidad de repuestos y soporte de servicio.
- Autonomía de energía y combustible.
Consideraciones del lugar de trabajo
- La producción requerida ó tamaño de producción
- Características de excavación y formas de avance
- Superficie donde se va trabajar y espacio para operar
- Condiciones climáticas
- Relación al equipo de transporte
- Rendimientos
- Costos de propiedad y operación, etc.
- La vida económica de una pala es aproximadamente 20 años (40 000 horas) y la de un cargador frontal 6 años (12 000 horas).
Otros factores
IMPLEMENTACIÓN DE GPS EN EQUIPOS DE LA MINA
• GPS es un sistema de medición y de navegación altamente preciso, provee un buen control y se obtiene soluciones más exactas.
• Una forma más exacta de incrementar el nivel de precisión de la posición es usar una estación GPS estacionaria (ground station) la estación base relaciona cada posición del satélite y el tiempo a una referencia común.
Características de equipos
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