carguío y transporte de minerales

DECON UC - SERVICIOS PROFESIONALES EN CONSTRUCCIÓNPontificia Universidad Católica de Chile - UCvirtual

Prevención de Riesgos

en el Diseño, Construcción y Operación

de Faenas Mineras

Dr. Ing. Luis López Quijada

Profesor Adjunto

Facultad Ingeniería PUCV

Movimiento de Tierras

DIPLOMADO

MODULO N°01: Operaciones unitarias de la minería y

métodos de explotación


Movimiento de Tierras

Carguío y transporte


Título 1

3

EL SUELO y las Máquinas de Movimiento de Tierras


MOVIMIENTO DE TIERRAS: Son los trabajos necesarios para construir una zona

apropiada para una obra, ya sean cortes o terraplenes. Puede constituir una obra por

si misma, o bien puede ser una herramienta auxiliar en la realización de otra obra.

• Excavación de Fundaciones de un edificio (herramienta de ora obra)

• Construcción de presa (Obra en sí)

AGRICULTURA

MINERIA• A cielo abierto

• Subterránea

CONSTRUCCIÓN• A cielo abierto

• Subterráneo

o Lineales

o Superficiales

Título 1 EL SUELO y las Máquinas de Movimiento de Tierras


El MT Superficial puede ser:

Plataforma Única

Plataforma Múltiple



A

B

C

Trazado

9



COMPENSACIÓN DE TIERRAS

La compensación de tierras es una técnica por medio de la cual seOPTIMIZAN las actividades de movimientos de tierras en una determinadazona.

El objetivo de la compensación de tierras es transportar los volúmenes dematerial existentes en los cortes, hasta los terraplenes.

En función de las demandas de material, es posible que sea necesario lautilización de Empréstitos y/o Vertederos.

La compensación de tierras se debe realizar de tal forma que las distanciasde transporte sean mínimas o, en función de los costos de vertido,extracción de material y ubicación de estos puntos, los costos puedenjustificar mayores distancias de transporte



COMPENSACIÓN

=A + C

Excavación

B + D

Terraplén

= 0

Compensado Ideal

volúmenes

excavación volúmenes

terraplenes+ =0

A

B

CD

11

Compensado Óptima

Volumen de desmonte debe superar en 10 – 15 % al de terraplén, debido a la compactación del terraplén.

Evitar terraplenes altos y prolongados (proponer viaductos)

Evitar grandes cortes de desmontes (proponer túneles)

Exigencias administrativas



TAMAÑO

• Bloques : Fragmentos de roca mayores a 300 mm

• Bolones : Fragmentos de roca de 80 ( 3” ) a 300 mm

• Gravas : Agregados sin cohesión de 4,76 a 80 mm ( 3” )

• Arenas : Partículas de roca sin cohesión de 0,074 a 4,76 mm

• Limos : Suelo de grano fino, no plástico de 0,002 a 0,074 mm

• Arcillas : Suelo fino cohesivo, plástico de tamaño menor a 0,002 mm.

CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTICULAS DEL SUELO

FORMAsuelos granulares

• Angulosa : Resistencia al desplazamiento

Resistencia al corte

Las partículas se trituran con facilidad

• Redondeada : Resistencia a la compresión

Baja resistencia al desplazamiento

por vibración



Volumen

Banco

Aumento de Volumen

Suelto

Transporte

Nivelación y Compactación

CompactadoCarga

Voladura

Evento



1 m31,30 m3

0,75 m3

Banco Esponjado Compactado

Porcentaje de Esponjamiento(30 %)

Porcentaje de Compactación (25 %)



DEFINICIONES Y PARAMETROS QUE ES PRECISO CONSIDERAR

• La Densidad del material

• El Esponjamiento

• Compactación

Considerando el peso, tamaño de partículas y el contenido de humedad de los diversos

materiales, la DENSIDAD (toneladas por metro cúbico) según su estado, puede tener

importantes variaciones.

Cuando se excava un material, normalmente se fractura en partículas menores que ya

no pueden ajustarse entre si tanto como estaban en su estado natural. Esa

reacomodación de las partículas crea huecos en el material, provocando un incremento

de su volumen llamado: ESPONJAMIENTO que se mide en metros cúbicos sueltos.

El volumen ocupado por el material en su estado natural o suelto, se puede reducir por

medio de la COMPACTACION.

El cociente entre la medida compactada y la medida en banco se llama factor de

compactación.



Esponjamiento

El esponjamiento es el aumento de volumen del material al excavarlo. Al material en el

terreno se le denomina en banco (Vb) y al material ya excavado, material suelto (Vs)

volumen suelto - volumen banco

volumen bancoE =

1,3 - 1

1E = =0, 30 = 30%

Volumen suelto = volumen en banco x CE

Volumen suelto = 1 x 1,3 = 1,3 m3

Coeficiente de esponjamiento 1,30

Porcentaje de esponjamiento 30%

Coeficiente de Esponjamiento

CE = E + 1 = 0,3+1 = 1,3



Factor de Conversión Volumétrica (F.C.V)

El F.C.V. es la relación entre los volúmenes del material en banco y el material suelto.

material banco

material sueltoF.C.V. = =

1 m3

1,30 m3= 0,769

BS VEPV .1

1

F.C.V.

1jamiento)P.E.(Espon

30,010,769

1jamiento)P.E.(Espon

3,113,01 SV



El porcentaje de compactación (P.C.) es el incremento de volumen

del material al compactarlo

PORCENTAJE DE COMPACTACIÓN

25,01001

75,01100..

B

CB

V

VVCP

El C.C. es la relación entre los volúmenes del material compactado (VC) y el

material en banco (VB)

COEFICIENTE DE COMPACTACIÓN

..*

75,01

75,0..

CCVV

V

VCC

BC

B

C

100

.C.P1.C.C



Tabla de

Densidades

MATERIAL Densidadsuelto-banco (Tm / m3)

Factor deConversión Volumétrico

PorcentajeDe expansión

BAUXITA 1,42 - 1,89 0,75 33%

ESCORIA 0,56 0,86 0,65 54%

CALIZA 2,61 1,54 0,59 70%

MINERAL DE URANIO 2,20 1,63 0,74 35%

ARCILLA: Estado natural 2,02 1,66 0,83 22%

ARCILLA Seca 1,84 1,48 0,81 25%

Húmeda 2,08 1,66 0,80 25%

ARCILLA Y GRAVA Seca 1,66 1,42 0,86 17%

ARCILLA Y GRAVA Húmeda 1,84 1,54 0,84 20%

CARBON:

Antracitoso A bocamina 1,60 1,19 0,74 35%

Lavado 1,48 1,10 0,74 35%

Bituminoso A bocamina 0,95 - 1,28 0,74 35%

Lavado 1,13 0,83 0,74 35%

ROCA ALTERADA:

75% Roca, 25% Tierra 1,96 - 2,79 0,70 43%

50% Roca, 50% Tierra 1,72 - 2,28 0,75 33%

25% Roca, 75% Tierra 1,57 1,06 0,80 25%

TIERRA Seca 1,51 - 1,90 0,80 25%

TIERRA Húmeda 2,02 1,60 0,79 26%

Barro 1,54 1,25 0,81 23%

GRANITO FRAGMENTADO 1,66 2,73 0,61 64%

GRAVA Natural 1,93 2,17 0,89 13%

GRAVA Seca 1,51 1,69 0,89 13%

Seca de 6 a 50 mm. 1,69 1,90 0,89 13%

Mojada de 6 a 50 mm. 2,26 2,02 0,89 13%

ARENA Y ARCILLA 1,60 - 2,02 0,79 26%

YESO FRAGMENTADO 3,17 1,81 0,57 75%

MINERALES DE HIERRO:

Hematites 2,46 - 2,91 0,85 18%

Magnetita 2,79 - 3,28 0,85 18%

Pirita 2,58 - 3,03 0,85 18%

ARENISCA 2,52 1,51 0,60 67%

PE = 1/FCV-1



Tipo de terreno

Condiciones

iniciales

Condiciones de las tierras a transportar

(m3)

Natural

(En banco) Suelto Compactado

Arena (A)

(B)

(C)

1.00

0.90

1.05

1.11

1.00

1.17

0.95

0.86

1.00

Arena arcillosa (A)

(B)

(C)

1.00

0.80

1.11

1.25

1.00

1.39

0.90

0.72

1.00

Arcilla (A)

(B)

(C)

1.00

0.70

1.11

1.25

1.00

1.59

0.90

0.63

1.00

Gravilla (A)

(B)

(C)

1.00

0.85

0.93

1.18

1.00

1.09

1.08

0.91

1.00

Grava (A)

(B)

(C)

1.00

0.88

0.97

1.13

1.00

1.10

1.03

0.91

1.00

Gravas

cementadas

(A)

(B)

(C)

1.00

0.70

0.77

1.42

1.00

1.10

1.29

0.91

1.00

Limos, areniscas

y rocas blandas

(A)

(B)

(C)

1.00

0.61

0.82

1.65

1.00

1.35

1.22

0.74

1.00

Granito, basalto y

otras rocas duras

alteradas.

(A)

(B)

(C)

1.00

0.59

0.76

1.70

1.00

1.30

1.31

0.77

1.00

Rocas alteradas (A)

(B)

(C)

1.00

0.57

0.71

1.75

1.00

1.30

1.40

0.80

1.00

Rocas voladas (A)

(B)

(C)

1.00

0.56

0.77

1.80

1.00

1.38

1.30

0.72

1.00

FACTOR DE CONVERSIÓN DE

VOLUMEN DE TIERRAS

(A) Natural (en banco)

(B) Suelto

(C) Compactado



DIAGRAMAS DE MASAS VOLÚMENES Y LAS DISTANCIAS DE TRANSPORTE

Permite la compensación longitudinal de volúmenes de desmonte y de terraplén, ytambién la obtención de sus distancias de transporte, que deberán a la postreadecuarse a la rentabilidad económica de la operación.

Situación óptima: Compensación transversal mediante tractor.

Déficit Préstamos

Exceso Vertederos:

PARÁMETROS A CONSIDERAR

Siendo:

VD Volumen de desmonte del tramo

VA Volumen de desmonte aprovechable

Fl % de volumen de desmonte no aprovechable (suelos inadecuados)

VT Volumen de terraplén

F.C. Factor de consolidación

V Volumen no compensado

P.E. Porcentaje de esponjamiento



1. VOLUMEN DE DESMONTE IGUAL AL VOLUMEN DE TERRAPLENES. (VD = VT)

POSIBLES SITUACIONESDIAGRAMA DE MASAS



2. VOLUMEN DE DESMONTE SUPERIOR AL VOLUMEN DE TERRAPLENES.(VD > VT)




3. VOLUMEN DE DESMONTE INFERIOR AL VOLUMEN DE TERRAPLENES. (VD < VT)




4. MODIFICACION DE LA RASANTE




5. CASO GENERAL COMPLETO



Volúmenes Compensados¿CÓMO COMPENSAR?



Volúmenes No Compensados

P

¿CÓMO COMPENSAR?



Título 2. PRODUCCIÓN PARA UNA MAQUINA

Ciclo

capacidadoduccion Pr

En una obra de movimiento de tierra, la maquinaría es

utilizada para mover material en un tiempo determinado.

Por ejemplo, mover 100.000 m3 en 10 días.

Estos dos parámetros, el volumen y el tiempo, se pueden

relacionar definiendo lo que se llama PRODUCCIÓN.

El volumen que puede transportar una máquina es definida

como la capacidad de transporte.


Ciclo


hr

t

Ciclo

capacidadoduccion

hr

m

Ciclo

capacidadoduccion

hr

m

Ciclo

capacidadoduccion

Pr

Pr

Pr

2

3

La producción puede calcularse mediante distintas unidades,

dentro de las cuales se cuentan las siguientes:



Es necesario excavar un cerro para extraer maicillo. ¿Cuál es el volumen de laexcavación si esta tiene una dimensión de 100 m x 200 m por 4 m.?

Volumen = 100 x 200 x 4 = 80.000 m3.

Si el espojamiento que sufre el material al extraerlo del lugar es 30% ¿Cuánto es elvolumen disponible del material?

Volumen = 80.000 m3 * 1,3= 104.000 m3

Si el material debe moverse en 1 semana cuanto es la producción necesaria?

Producción = = 104.000 m3/ 1 semana= 104.000 m3/ semana == 14.858 m3/ d == 619 m3/h =



Si existen las siguientes máquinas en el mercado, cual de ellas debe ser elegida paracumplir con la necesidad de obra?

Producción necesaria = 619 m3/h

Maquinas disponibles

a. Producción máxima 400 m3/hb. Producción máxima 500 m3/hc. Producción máxima 600m3/hd. Producción máxima 700 m3/he. Producción máxima 800 m3/h

La producción c no alcanza la mínima mientras que la d se pasa y quedasobredimensionada pero es la mínima que puede ser ofrecida.



Capacidad

• La capacidad es la cantidad de material que la máquina puede

desplazar. Se definen tres capacidades.

• Capacidad a

ras

• Capacidad colmada

(SAE/ISO/JIS)

• Capacidad realFactor de

llenado



Capacidad

colmada

a ras

a ras : Se define como el volumen contenido en la cuchara frontal o en el

cucharón de la excavadora después de pasar un rasero que descanse sobre la

cuchilla de corte y la parte trasera de ambos.

SAE : Sociedad Americana de Automoción

Colmada : Es la capacidad a ras más la cantidad adicional que se acumula sobre

la carga a ras, a un ángulo 1:1 de reposo y el nivel a ras paralelo al suelo.

Factor de llenado: Indica la capacidad real de carga en porcentaje de la

capacidad colmada.



- cargar en la pila

- transportar la carga

- vaciar la carga

- regreso a cargar

Por ejemplo, en una pala cargadora sobre neumáticos el ciclo se compone

básicamente de las siguientes fases:

Ciclo Tiempo que tarda en hacer una determinada operación, que se

repetirá sucesivamente con la misma duración aproximada, a lo

largo de la realización de un trabajo concreto.

El ciclo de un equipo (varias máquinas) es el tiempo que tardan todas las

máquinas en hacer una determinada operación, que se repetirá sucesivamente

con la misma duración aproximada



Ciclo

• El ciclo de la máquina es el tiempo en que realiza las tareas

productivas es decir la sumatoria de eventos para hacer el trabajo

para el cual la máquina esta trabajando. En una máquina de carga,

por ejemplo, es la suma de los tiempos de;

• Carga

• Elevación

• Descarga

• Posicionamiento

Ciclo




CicloEn una máquina de desplazamiento, el ciclo son las tareas que la máquina realiza para transportar el material, por ejemplo.

V ida = d/t

V vuelta = d/t

V ida < V vueltaDescarga

carga



Se tiene una cargadora de capacidad ras de 2,7 m3, capacidad colmada 3 m3,

factor de llenado 95%, tiempo de carga 30 seg., posicionamiento y giros 15

seg., tiempo de arranque 20 seg. Cual es la producción de la máquina y cuanto

se demoraría en mover un volumen de 400.000 m3.

Producción = 3*0,95/(30+15+20) * 60 *60 = 157,8 (m3/h)

Producción = Vol/ tiempo

157,8 = 400.000/x

X = 2535 horas

X = 106 dias de 24 horas

X = 212 dias de 12 horas

X = 158,4 - > 159 dias con 16 horas de trabajo

X = 16 semanas en dias de 24 horas y semanas de 7 dias

X = 22 semanas en dias de 24 horas y semanas de 5 dias

X = 3,5 = 4 meses de 30 dias

X = 3,4 = 4 meses de 31 dias



Eficiencia

La eficiencia es una variable que relaciona una variable con lo que sucede en la

practica debido a factores no considerados en la formulación original. Por ejemplo en el

caso del cálculo de la producción:

E < 1 por ejemplo 0,8, es una variable que disminuye a la producción, si se está

produciendo 100, con una eficiencia de 0,80, rebajo la producción a 80. Es un factor

que ajusta a la realidad la producción media dependiendo de las condiciones de trabajo.

La eficiencia se multiplica por la producción.

La eficiencia sobre el ciclo también influye y e es un valor < 1 sin embargo este no se

puede multiplicar por el ciclo, ya que por ejemplo si tengo una máquina que se

demora 100 s. en hacer una tarea y le asigno una baja eficiencia de 0,4, el cálculo

definiría que la maquina ahora podría hacer la tarea en menos tiempo, bajaría de 100

s a 40 s, lo que significa que la máquina sería más rápida, ya que puede hacer la

misma tarea en menos tiempo y esto es una contradicción. Por tanto, la Eficiencia se

divide en el ciclo, así paso de 100 s. a 250 s.



Si tengo una máquina con capacidad de 100 m3 y un ciclo de 1 hora. Muestre

como afecta la eficiencia de 0,8 a la producción y al ciclo.

Producción = 100 m3/ 1 hora = 100 m3/h

Producción real = 100 m3/h * 0,8 = 80 m3/h

Ciclo de la máquina 1 hora

Ciclo real de la máquina 1 hora /0,8 = 1,25

Producción mediante eficiencia en el ciclo = 100/1,25 = 80 m3/h



hr

mmmoduccion

333

10min

16,0min60

10Pr

Por ejemplo un Tractor que pueda llevar en su hoja 10 m3, y

se demora 30 min en ir y 30 minutos en volver.

¿Qué debo hacer para aumentar la producción?

¿Qué pasa si pongo dos unidades de las mismas

características?.

¿Qué pasa si pongo una unidad doblemente mas rápida con

la mitad de la capacidad?



tiempo

Vol

hr

moduccion

3

10Pr

Con el valor de la producción se pueden obtener varios datos y resolver

muchas interrogantes. Por ejemplo si tenemos un camino de 7 m de

ancho y 3 km de obra, para una excavación de 30 cms, ¿Cuánto tiempo

demoraría nuestro equipo de 10 m3/hr en hacer la obra de movimiento de

tierras?

314700

73,07000

mVolumen

mmxmxVolumen

tiempo

m

hr

m 33 1470010

hrstiempo 1470

diastiempo

diastiempo

62

25,61



Precio

• Las máquinas generalmente se arriendan por horas, portanto el precio de la obra será la multiplicación de lashoras que se demora la máquina en hacer su trabajo enrelación con el precio/hora de la máquina, en general sellega a un trato de arriendo que se aproxima al díacuando es más de dos días. Para evitar problemas, lamáquina se arrienda con operador y se llega a un tratode combustible.

• Si el precio del arriendo, supera el precio de la máquinamenos el precio de reventa, se recomienda comprar lamáquina.



Por ejemplo si una maquina cuesta 30.000.000 y su arriendo es de

200.000 pesos/días, en 150 días se compra una máquina.



Si existen las siguientes máquinas elegidas para trabajar en serie (la nuestra

toma el material de otra, y nuestra máquina la entrega a otra). ¿Cuál es la

producción del equipo de maquinas?

Maquina 1

Producción 1200

m3/h

Maquina 2

Producción 700 m3/h

Maquina 3


6. Como podría optimizarse esta configuración para adaptarla al requerimiento

La producción de un grupo de maquinas trabajando en serie es la producción menor

Máquina 1

Producción 1200

m3/h

Máquina 2


3 Máquinas 3



PRODUCCIÓN DE VARIAS MAQUINAS

carguío y transporte de minerales

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