“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