unidad 2 gestión de equipo pesado.pdf
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21/03/2015
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Carrera: Ingeniería de MinasCiclo: XDocente: Ing. Angel Del Castillo Espinoza
GESTIÓN DE EQUIPO PESADO
UNIDAD 2EQUIPOS SUPERFICIALES CONCEPTOS BÁSICOS DE PRODUCCIÓN
10_Monster Machines
…..MOVIMIENTO DE TIERRAS?• Son los
movimientos de una parte de la superficie de la tierra, de un lugar a otro, y en su nuevaposición, crearuna nuevaforma y condición físicadeseada al menor costoposible.
PROPIEDADES DE LOS SUELOS
• La principal propiedad que afecta el rendimientode las máquinas en el movimiento de tierras esla:• DENSIDAD
• Densidad en Banco y Densidad Suelto.
ES EL PESO DEL MATERIAL POR UNIDAD DE VOLUMEN.....KILOGRAMOS / M³.
DENSIDAD EN BANCO :ES EL PESO DEL MATERIAL EN SU ESTADO NATURAL....M³. EN BANCO.
DENSIDAD DEL MAT. SUELTO:ES EL PESO DEL MATERIAL FUERA DE SU ESTADO NATURAL...M³ SUELTO.
DENSIDAD.
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
DENSIDAD
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Banco
Suelto
Compactado
DENSIDAD
• Densidad = Peso (Kg) / volumen (m3)
Factor de carga = 0,578
1,2 m
1,2 m
= 1.000 Kg
1m
1m
= 1.000 Kg
•Densidad en el banco = 1.000 Kg/m3
•Densidad del material suelto = 578 Kg / m3
( Factor Volumétrico )
MEDICIÓN DE LA DENSIDAD
Los instrumentos
nucleares para medir
la compactación nos
incluyen datos como:
� % de Compactación
� Contenido de
Humedad
� Densidad
Estos instrumentos
miden profundidades
hasta de 30 Cm.
FACTOR DE CARGA
• Densidad en Banco x Factor de Carga=
Densidad del material suelto
1.000 Kg/m3 x 0.578 = 578 Kg/m3
• Volumen en Banco / Factor de Carga = Volumen del material suelto
1m3 / 0.578 = 1.73 m3
( Factor Volumétrico )
ABULTAMIENTO : ES EL AUMENTO EN VOLÚMEN, DESPÚES QUE SE HA PERTURBADO EL MATERIAL EN SU LECHO NATURAL Y SE EXPRESA COMO PORCENTAJE DEL VOLÚMEN EN BANCO.
Volúmen del Material Suelto1 + % ABULTAMIENTO = -------------------------------------- (dilatación ) Volúmen del Material en Banco
Volúmen del Material SueltoVolúmen en Banco = --------------------------------------- ( 1 + % Abultamiento )
Vol. Suelto = Volúmen del Material Banco X (1+%Abultamiento)
Abultamiento
1 + % AbultamientoO´́́́ 1
0.8 Factor deCarga
=1 + 25%
( Factor Volumétrico )
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FACTOR DE CONTRACCIÓN : SE CALCULA DIVIDIENDO LA DENSIDAD DEL MATERIAL COMPACTADO, ENTRE LA DENSIDAD DEL METRO CUBICO BANCO.
KG. / M3. COMPACTADO.FACTOR DE CONTRACCIÓN = ----------------------------------- KG. / M3. BANCO.
GRANULOMETRIA DE LOS PRINCIPALES MATERIALES
Cantos Rodados : 76 mm y más ( 3 " )
Grava : de 3 mm a 76 mm ( 1/8 " a 3 " )
Arena : de 0,05 mm a 3 mm ( 0,002 " a 1/8 " )
Limo : de 0,005 mm a 0,05 mm ( 0,002 " a 0,0002 " )
Arcilla : menos de 0,005 mm ( menos de 0,0002 " )
En banco Suelto Compactado
(A) 1.00 1.11 0.95
(B) 0.90 1.00 0.86
( C) 1.05 1.17 1.00
(A) 1.00 1.25 0.90
(B) 0.80 1.00 0.72
( C) 1.11 1.39 1.00
(A) 1.00 1.25 0.90
(B) 0.70 1.00 0.63
( C) 1.11 1.59 1.00
(A) 1.00 1.18 1.08
(B) 0.85 1.00 0.91
( C) 0.93 1.09 1.00
(A) 1.00 1.13 1.03
(B) 0.88 1.00 0.91
( C) 0.97 1.10 1.00
(A) 1.00 1.42 1.29
(B) 0.70 1.00 0.91
( C) 0.77 1.10 1.00
(A) 1.00 1.65 1.22
(B) 0.61 1.00 0.74
( C) 0.82 1.35 1.00
(A) 1.00 1.70 1.31
(B) 0.59 1.00 0.77
( C) 0.76 1.30 1.00
(A) 1.00 1.75 1.40
(B) 0.57 1.00 0.80
( C) 0.71 1.24 1.00
(A) 1.00 1.80 1.30
(B) 0.56 1.00 0.72
( C) 0.77 1.38 1.00
Condiciones del material a ser
movido
Condición
inicial del
material
Tipo de Material
Grava
Grava sólida o
resistente
Caliza quebrada,
arena chancada y
rocas suaves
Granito chancado,
basalto y rocas
duras
Rocas chancadas
Rocas de
voladuras
Arena
Arcilla Arenosa
Arcilla
Suelo Cascajoso
TABLA 1: FACTOR DE CONTRACCIÓN DEL MATERIAL
(A)En Banco
(B)Suelto
(C)Compactado
Ejemplo 1.-
Se desea acarrear 1000 m3 de un determinado material en
banco.
1.- ¿Cuál es el volumen del material excavado?
2.- ¿Cuál es el volumen del material compactado?
En Banco Suelto Compactado
Arcilla arenosa 1000 m3
Cascajo, ripio 1000 m3
Roca suave 1000 m3
Factor de Contracción del Material: EJERCICIOUn contratista está trabajando en excavación de zanjas en tierra
apisonada y seca, la producción es de 300 metros por día. La zanja
tiene un ancho de 1,5 m por 2,5 m de profundidad.
El material es cargado en camiones de
12m3.
¿Cuántos camiones serán necesarios
para acarrear el material de la
producción diaria?
Volumen de la zanja:
1.5m x 2.5m x 300m = 1125m3b
Volumen en banco / factor de contracción :
1125m3b/0.80 = 1406.25m3s
Volumen suelto/Capacidad del camión:
1406.25m3/12m3 = 117.16=118 camiones
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Q = q x N x E
Q = q x 60 x ECm
Q : Producción horaria (m3/h)q : Producción por ciclo (m3/h)N : Número de ciclos por hora (N = 60/Cm)E : Eficiencia de trabajo (Tabla 2)Cm : Tiempo del ciclo (minutos)
PRODUCCIÓN EFICIENCIAS
Minutos Efectivos trabajados por Hora
E =
60 minutos por Hora
Eficiencia en la Obra
Ejemplo : 50/60 = 0.83 = 83 %
TABLA 2: EFICIENCIA DE TRABAJO (E)
Excelente Bueno Normal Regular Malo
Excelente 0.83 0.81 0.76 0.70 0.63
Bueno 0.78 0.75 0.71 0.65 0.60
Normal 0.72 0.69 0.65 0.60 0.54
Regular 0.63 0.61 0.57 0.52 0.45
Malo 0.52 0.50 0.47 0.42 0.32
Mantenimiento de la MáquinaCondiciones
de Operación
CICLOEs un viaje completo de ida y vuelta para completar
un pase de trabajo.
NÚMERO DE CICLOS POR HORA
Tiempos Fijos y Variables
1.- Carga
2.- Acarreo
3.- Descarga
4.- Regreso
1
2
3
4
Otros Tiempos:
Espera
Maniobras
Demoras
ESPERA, MANIOBRAS, DEMORAS
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Tiempo de Ciclo:
11_Caterpillar Bulldozer D11R
CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN DE EQUIPOS
TRACTOR DE ORUGAS O BULLDOZER
PRODUCCIÓN DEL BULLDOZER
Q = q x 60 x E
Cm
q = L x H² x a
Donde:
L: Ancho de la hoja (m)
H: Altura de la hoja (m)
a: Factor de la hoja (Tabla 3)
PRODUCCIÓN DEL BULLDOZER
Tiempo de Ciclo (Cm) en minutos
Cm = D+D+Z
F R
Donde:D: Distancia de acarreo (m)
F: Velocidad de marcha adelante (m/min)
R: Velocidad de marcha atrás (m/min)
Z: Tiempo requerido para realizar el cambio (min)
MARCHA ADELANTE Y MARCHA ATRÁS
Como regla general se debe escoger de 3 – 5 Km/h para marcha
adelante y 5 – 7 Km/h para marcha atrás.
Para máquinas con Power Shift la marcha adelante se toma como el
0.75 del máximo y la velocidad de marcha atrás como el 0.85 del
máximo.
TIEMPO REQUERIDO PARA EL CAMBIOTiempo
requerido para
el cambio
Máquina de marcha directa
Con una palanca 0.10 minutos
Con dos palancas 0.20 minutos
Máquinas con Power Shift 0.05 minutos
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CONDICIONES PARA LA PRODUCCIÓN ESTÁNDAR
Para cálculos de una producción estándar se pueden tomar las siguientes
condiciones:
Contracción del material Suelto
Factor de la hoja 1.00
Eficiencia del trabajo 0.83
Ejemplo:
¿Cuál es la producción horaria de un Bulldozer que opera bajo las siguientes
condiciones?
Distancia de acarreo: 40 m
Tipo de material: Arcilla arenosa
Eficiencia del Trabajo: 0.75
Velocidad de marcha: F1 (0 – 3.7 Km/h)
R2 (0 - 8.2 Km/h)
TABLA 3: FACTOR DE LA HOJA
Factor de la hoja
Empuje
fácil
La hoja puede empujar llena de material como tierra vegetal. Arena no
compactada con bajo contenido de agua, tierras en general, materiales
apilables.
1.1 - 0.9
Empuje
promedio
Materiales sueltos, pero imposibles de empujar la hoja llena de este
material. Terrenos como grava, cascajo, arena, piedra chancada fina.0.9 - 0.7
Empuje
medio
dificultoso
Materiales con alto contenido de agua y arcilla pegagosa, arena de canto
rodado, arcilla seca y terrenos naturales.
0.7 - 0.6
Empuje
dificultoso Roca volada o grandes piezas de rocas0.6 - 0.4
Nivel de empuje
PRODUCCIÓN DEL BULLDOZER
Tractor D6D CAT con Hoja Recta 6SDimensiones de la Hoja: L = 3200 mm.
H = 1130 mm.a = 0,8 (empuje promedio)q = L x H2x a = 3,269 m3
Tiempo del cicloF = 3,7 x 0,75 = 2,85 km./h. ( 46,7 m/min.)R = 8,2 x 0,85 = 7,0 km./h. (116,7 m/min.)Z = 0,05 min.Cm = 40/46,7 + 40/116,7 + 0,05 = 1,25 min.
FACTOR DE CONTRACCIÓN DEL MATERIAL
Suelto = 1 En banco = 0,8
Producción con material suelto
Q = (3,269 x 60 x 0,75 x 1)/1,25 = 117,684 m3/h
Producción con material en banco
Q = (3,269 x 60 x 0,75 x 0,8)/1,25 = 94,147 m3/h
PRODUCCIÓN DE LA PALA Y LA EXCAVADORA FRONTAL
12_Palas
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Las Excavadoras y Retroexcavadoras son equipos que se utilizan en
una amplia variedad de trabajos de excavación, donde el material a
excavar se encuentra bajo el nivel del piso en el que se apoya la
máquina.
Las excavadoras y Retroexcavadoras hidráulicas pequeñas además de
trabajar en alcantarillados y líneas de agua como sus antecesoras
operadas con cable, hacen obras de excavaciones para cimentaciones
y urbanizaciones.
Las excavadoras y Retroexcavadoras más grandes de línea en el
mercado gracias a su alcance, profundidad y productividad se han
abierto paso a nuevas aplicaciones en excavaciones en general,
trabajos de canteras y manejo de materiales y han desplazado, en
algunos casos, a los cargadores sobre llantas, palas y dragas que
efectúan esos trabajos.
Una Retroexcavadora tiene un rango de acción bastante amplio en
el cual se puede mover económica y eficientemente.
La zona aproximada de operación de una Retroexcavadora
hidráulica es la siguiente:
La zona de operación se divide en 2 áreas:
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PRODUCCIÓN DEL CARGADOR FRONTAL
PRODUCCIÓN DEL CARGADOR FRONTAL
Q = q x 60 x E
Cm
q = q1 x K (Producción por ciclo)
Donde:
q1: Capacidad colmada dada en las hojas de
especificaciones de la máquina
K: Factor de llenado del cucharón (tabla 4)
FACTORES QUE AFECTAN EL FACTOR DE LLENADO
• Características de los materiales• Diseño del Cucharón• Habilidades del Operador• Diseño del Banco• Fuerza de Desprendimiento
de la máquina.
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TABLA 4: FACTOR K DEL CUCHARÓN
Factor
Carga Fácil Material en pila o material chancado por otras excavadoras como arena,
suelos arenosos o contenido moderado de humedad, arcilla arenosa.1.0 - 0.8
Carga
Promedio
Material en pila o materiales dificultosos de penetrar y cargar pero que
pueden llegar a colmar el cucharón. Arena seca, suelos arenosos, suelos
barrosos o arcillosos, grava, arena dura, materiales de banco. Caliza
quebrada.
0.8 - 0.6
Carga
Medio
Dificultosa
Roca fina chancada, arcilla dura, arena gravosa, suelo arenoso. Suelos
pegajosos con alta humedad apilados por excavadoras o materiales que
dificultan llenar el cucharón.
0.6 - 0.5
Carga
Dificultosa
Rocas de formas irregulares. Rocas de voladuras, canto rodado, arena con
canto rodado, suelos arenosos, arcilla. Materiales que no pueden ser
llevados dentro del cucharón.
0.5 - 0.4
Condiciones de Carga
Tiempos de
ciclo Cm
En carga transversal: Cm = D + D + Z
F R
En carga en «V»: Cm = D x 2 + D x 2 + Z
F R
En carga y traslado: Cm = D x 2 + Z
F
13_Carguío con cargador
frontal a camiones
Producción del Cargador
Frontal
Velocidad de marcha Adelante/Atrás (F/R)Segunda y tercera marcha son usadas para F y R. Para power shift, la
velocidad dada en las especificaciones multiplicar por 0.8 para los
cálculos.
Carga en "V"
Carga
transversal
Carga y
traslado
Marcha directa 0.25 0.35 ---
Marcha automática 0.20 0.30 ---
Power Shift 0.20 0.30 0.35
Tiempo Fijo (minutos)
EJEMPLO:
Máquina elegida:• C.F. 963B CATERPILLAR sobre orugas• Capacidad colmada del cucharón = 2,45 m3
Producción por ciclo• q = q1 x k = 2,45 x 0,8 = 1,96 m3
• F = 5,8 x 0,8 = 4,6 km/h (77,3m/min.)• R = 6,0 x 0,8 = 4,8 km/h (80,0 m/min.)• Z = 0,2 min.
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Tiempo del ciclo
Cm = (7,5 x 2)/77,3 + (7,5 x 2)/80 + 0,2 = 0,58min.Factor de contracción del material:
Suelto = 1 En banco = 0,61
Producción con material suelto:Q = (1,96 x 60 x 0,83 x 1)/0,58 = 168,30 m3/h.Producción con material en banco:Q = (1,96 x 60 x 0,83 x 0,61)/0,58 = 102,66 m3/h.
PRODUCCIÓN DEL CAMION DE ACARREO
PRODUCCIÓN DE UN CAMIÓN• Tiempo de Ciclo del camión (Cmt)
• Tiempo de Carga
POTENCIA NECESARIA
Potencia necesaria
Resistencia a la rodadura
Resistencia a la pendiente
=+
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RESISTENCIA A LA RODADURA
La fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas
RESISTENCIA A LA RODADURA
FLEXIÓN DEL CAMINO RESISTENCIA A LAS PENDIENTES
Es la fuerza de gravedad que favorece ó se opone al
movimiento de un vehículo
% DE PENDIENTE RESISTENCIA A LAS PENDIENTES
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TIPOS DE PENDIENTES POTENCIA UTILIZABLE
La tracción varía con:
�Peso sobre las ruedas
propulsadas
�Tipo de superficie
COEFICIENTES DE TRACCIÓNEFECTO DE LA ALTURA DE TRABAJO
Factores de pérdida de potencia por altura:
Ver el libro de rendimientos
• Tiempo del traslado del material y Tiempo de Retorno
Tabla 5: Resistencia a la rodadura
Tabla 6: Resistencia a la pendiente (%) a partir del ángulo gradiente
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GRÁFICO DE CARGA
Selección de la
velocidad de
marcha, se obtiene
de las curvas de
performance de la
máquina.
• Selección del Factor de Velocidad
• Tiempo de traslado y retorno
• Limitación de la velocidad del vehículo por marcha cuesta abajo
• Tiempo de Volteo y Descarga (t1)Es el tiempo desde que el camión entra al área de descarga hasta el comienzo de retorno del camión después de completar la operación de descarga.
• Tiempo de posicionamiento y comienzo de carga (t2)Es el tiempo que el camión toma en posicionarse hasta que el cargador comienza a cargar
• Número de Camiones Requerido (M)
• Cálculo de la producción de varios camiones
• Uso Combinado de camiones y Cargadores
• Número de camiones requerido para «Stand By»
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PRODUCCIÓN DE UNA MOTONIVELADORA
14_Motoniveladora 24M
Cálculo del área de
operación horaria
Velocidad de trabajo (V)
Cálculo de Producción
de la Motoniveladora
Cálculo del Tiempo requerido para
acabar un área específica
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SOLUCIÓN DEL EJEMPLO
Cálculo del número de pasadas (n)N = 9 x 1/(3,315 - 0,30) = 2,98N = 3 pasadas.
Selección de la velocidad de trabajoV = 3 km/h (promedio)
Tiempo de trabajo requerido:T = 3 x 10/3 x 0,83 = 12,048 hT = 12 horas.
PRODUCCIÓN DE UN RODILLO
PRODUCCIÓN DE LA COMPACTADORAProducción por el volumen compactado
Q = W x V x H x 1000 x EN
1) Velocidad de operación (V)Por regla general se usan los siguientes valores:
2) Ancho efectivo de compactación (w)
3) Espesor compactado por una capa (h)Determinado por:• Especificaciones de compactación.• Pruebas en el terreno tomando muestras.
4) Número de pasadas de compactaciónDeterminado por:•Especificaciones de construcción.•Pruebas realizadas en el terreno.Como regla general se pueden tomar los siguientes valores para determinar el número de pasadas de compactación.
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5) Eficiencia de trabajo (e) (Ver tabla 2)Solución al ejemplo planteadoMAQUINA: Rodillo vibrador JV32W Komatsu• Potencia efectiva = 12,7 kw.• Peso en operación = 3 Ton.• Ancho de la rola = 1,0 m.• Velocidad de operac. = 1,5 km/h.• Número de pasadas = 4• Eficiencia de Trabajo = 0.5
SOLUCION:
QA = 0,8 x 1,5 x 1000 x 0,5 .
4
QA = 150 m2/h
15_Excavadora
Gracias