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Fundamentos de Movimiento de Tierras.

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Objetivo • Después de haber estudiado esta presentación Ud. será capaz de : – Demostrar sus conocimentos sobre como ESTIMAR el rendimiento de una máquina o flota de máquinas. – Conocer los factores que afectan al rendimiento de las máquinas.

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Contenido • • • • •

Conceptos Básicos Características de los materiales Cálculos de Producción Costos de Posesión y Operación Cálculo de Rendimiento Óptimo de las máquinas.

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Conceptos Básicos

4

Conceptos Básicos

…..Movimiento de Tierras ? • Son los movimientos de una parte de la superficie de la tierra, de un lugar a otro, y en su nueva posición, crear una nueva forma y condición física deseada al menor costo posible.

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Proyecto Típico de Movimiento de Tierras Preparación del Banco

Requiere Voladura ?

Si

Requiere Clasificació n?

Barrenado explosivos Voladura

Si

Zarandeo y/o Trituración

No No Ripeo o Carga con Excavadora y/o Cargador

Tendido Mezcla

Distancia de Acarreo Compactación

Acarreo

Edificación

Posición Original

Pavimentación

Nueva Posición

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Sistemas de Acarreo y sus distancias más economicas

100 mts. 150 mts. 1,500 mts. 1,600 mts

5,000. mts 7

Concepto -Rendimiento Óptimo Menor Costo por Hora Posible .........

M3

Mínimo Costo / hr. $/M3 = ---------------------------------- Máxima producción Máxima Producción / hr. por Hora Posible ......... 8

Resúmen: Conceptos Básicos

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Características de los Materiales • Las características y propiedades de los materiales afectan directamente la producción y el rendimiento de las máquinas.

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Materiales • 1.- Rocas – Igneas: Basaltos, Granito Andesita, etc. – Metamórficas: Caliza Pizarra etc. – Sedimentarias: Areniscas Calizas, Conglomerados

Igneas

• 2.- Tierras – Suelos, Piedra disociada Materia orgánica

• 3.- Mezclas

Metamórficas

– Rocas y Tierras

Sedimentarias 12

Propiedades de los Suelos • 1.- Físicas : DENSIDAD, Gravedad específica Granulometría y Contenido de Humedad. • 2.- Índices: Límite líquido, Límite Plástico y Límite de Contracción.

• 3.-Mecánicas: Resistencia, Deformación y Permeabilidad.

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Propiedades de los suelos relacionadas a la compactación

   

Capilaridad Compresibilidad Elasticidad Permeabilidad

   

Plasticidad Sedimentación Resistencia al corte Contracción/Esponjamiento

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Propiedades del suelo

15

Propiedades del suelo

16

Propiedades de los Suelos • La principal propiedad que afecta el rendimiento de las máquinas en el movimiento de tierras es la:

– DENSIDAD • Densidad en Banco y Densidad Suelto.

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DENSIDAD

18

Banco

Suelto

Compactado 19

Densidad • Densidad = Peso (Kg) / volumen (m3) •Densidad en el banco = 1.000 Kg/m3 1m

= 1.000 Kg 1m

•Densidad del material suelto = 578 Kg / m3 1,2 m

= 1.000 Kg

1,2 m

Factor de carga = 0,578 ( Factor Volumétrico ) 20

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.

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Factor de Carga ( Factor Volumétrico )

• 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 22

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

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 Suelto 1 + % ABULTAMIENTO = -------------------------------------(dilatación ) Volúmen del Material en Banco Volúmen del Material Suelto Volúmen en Banco = --------------------------------------( 1 + % Abultamiento ) Vol. Suelto = Volúmen del Material Banco X (1+%Abultamiento) 23

Abultamiento

1 + % Abultamiento

O´

1

= 0.8 Factor de 1 + 25% Carga ( Factor Volumétrico )

24

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

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.

25

26

ARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

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 " )

27

28

URBANIZACIÓN

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M3 Banco y M3 Sueltos • La mayoría de las obras se: -Licítan en M3 banco

-Se Pagan en M3 banco

-Se mueven en M3 Sueltos

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Cálculos de producción • La producción de las máquinas se puede expresar en: Metros Cúbicos en Banco por Hora (M3B/Hr). Metros Cúbicos Sueltos por Hora ( M3S/Hr) Metros Cúbicos Compactados por Hora (M3C/Hr) Toneladas Métricas por Hora ( Ton / Hr )

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Cálculos de producción • La CARGA y PRODUCCIÓN de las máquinas se puede medir de las siguientes formas: 1.- Pesándola Ó

2.- Calculándola en función de la máquina Ó

3.- Midiendo el Volúmen – ( M3B/Hr ) ( Ton / Hr.)

32

33

34

Eficiencia de la transmisión

35

Potencia necesaria

Resistencia a la rodadura

= Potencia necesaria

+

Resistencia a la pendiente 36

Resistencia a la rodadura La fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas

37

Resistencia a la rodadura

38

Resistencia a la rodadura

Regla empírica: 2% del PBV ( Peso Bruto del Vehículo) PBV = El peso de la máquina vacía + El peso de la carga útil

20 Kg. / Tn. 39

Resistencia a la rodadura

40

Flexión del camino

41

Factores de Resistencia a la Rodadura

42

Resistencia a las pendientes Es la fuerza de gravedad que favorece ó se opone al movimiento de un vehículo

43

% de pendiente

44

Resistencia a las pendientes

45

Tipos de pendientes

46

Potencia necesaria • Potencia necesaria ( Resistencia total )

= Resistencia a la rodadura (Kg.)

+ Resistencia a la pendiente ( Kg.)

47

Pendiente compensada (%) ó Pendiente efectiva

= R.R. (%) 20 Kg/Ton Se considera como el 1 % de pendiente

(Ver tabla)



R.P. (%)

El número de Toneladas : 10 se toma como 1 % de pendiente

48

Potencia disponible = Torque x Velocidad

49

Variación del Torque y velocidad

50

Ejercicio • ¿Cuál es la fuerza de tracción necesaria y la velocidad máxima de una unidad de ruedas con peso bruto de 50,000 Kg. subiendo una pendiente de 25:1

51

Gráfico de carga

52

53

Potencia utilizable La tracción varía con:

Peso sobre las ruedas propulsadas

Tipo de superficie

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Agarre

55

Coeficientes de tracción

56

Efecto de la altura de trabajo

Factores de pérdida de potencia por altura:

Ver el libro de rendimientos 57

Cálculos de producción En función de la capacidad de la máquina. Producción Teórica por Hora = 3 M3/ciclo Capacidad de la Máquina M3 / Ciclo

X

100 Ciclos /Hr = 300 m3/Hr.

x Números de Ciclos / Hr.

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Cálculos de producción Producción Real por Hora = Capacidad de la Máquina M3/ciclo

X Números de Ciclos / Hr. X Factores de Corrección. * Factor de Llenado * Eficiencias * Disponibilidad Mecánica * Otros factores

X

X

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Factores de corrección. Factor de Llenado CAPACIDAD AL RAS : ES EL VOLÚMEN CONTENIDO EN UN CUCHARÓN O EN UNA CAJA, DESPUES DE NIVELAR LA CARGA PASANDO UN RASERO SOBRE SUS EXTREMOS.

Es el porcentaje del volúmen disponible en una caja o cucharón que realmente se esta utilizando. CAPACIDAD COLMADA : ES LA CAPACIDAD AL RAS, MAS LA CANTIDAD ADICIONAL QUE SE ACUMULA SOBRE LA CARGA AL RAS DEL MATERIAL MANTENIENDO UN ÁNGULO DE REPOSO DE : 2:1 SEGUN SAE-J742 PARA CARGADORES 1:1 SEGUN SAE-J296 PARA EXCAVADORAS

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Ejemplos de factores de llenado

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CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

FACTORES DE LLENADO DE ACUERDO AL TAMAÑO DE LOS MATERIALES PARA CARGADORES DE RUEDAS. MATERIALES SUELTOS AGREGADOS HUMEDOS MEZCLADOS AG. HUMEDOS UNIF. HASTA 3mm(1/8") AG. 3 @ 9mm. (1/8 @ 3/8 ") AG. 12 @ 20 mm ( 1/2 @ 3/4 " )

% F. LL. 95-100 95-100 90-95 85-90

AG. 24 mm (1") y mas grandes

85-90

ROCA DE VOLADURA BIEN FRAGMENTADA FRAGMENTACION MEDIANA MAL FRAGMENTADA

80-95 % 75-90 % 60-75 %

VARIOS MEZCLA DE TIERRA Y ROCAS LIMO HUMEDO SUELO,PIEDRA Y RAICES MATERIALES CEMENTADOS

< 100 % < 110 % 80-100 85-90 62

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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Número de Ciclos por Hora Ciclo: Es Es un un viaje viaje completo completo de de ida ida yy regreso regreso para Ciclo: para completar unde pase de trabajo. completar un pase trabajo.

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Número de Ciclos por Hora Tiempos Fijos y Variables 1.- Carga 2.- Acarreo 3.- Descarga 4.- Regreso 2

1

4 3

Otros Tiempos: Espera Maniobras Demoras 65

Ciclos por Hora Ciclos/Hr.=

60 minutos / hr ------------------------------------------------Tiempo Promedio del ciclo ( .xx minutos / ciclo) NO son segundos SON centécimas de Minuto

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Ciclos por Hora Segundos 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50

1/100Min 1 0.98 0.97 0.95 0.93 0.92 0.90 0.88 0.87 0.85 0.83

60 Segundos ……….. 1 Minuto 20 Segundos …….>> 0.XX Min

20 X 1 X = ----------------- = 0.33 Min 60 Ciclos por Hora = 60 Min/Hr. / 0.33 min/ciclo = 181 Ciclos/Hr. 67

Eficiencias Eficiencia en la Obra Minutos Efectivos trabajados por Hora

E= 60 minutos por Hora Ejemplo : 50/60 = 0.83 = 83 %

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Disponibilidad Mecánica Horas Reales Trabajadas al año Disponibilidad = ------------------------------------- X 100 Mecánica Horas Programadas al año

Factores que afectan la Disponibilidad Mecánica ¤Calidad del Equipo ¤Vida Economica / nº Horas de servicio ¤Respaldo Técnico ( Partes y Servicio) ¤Practicas de Mantenimiento / Herramientas ¤Estandarización ¤Relaciones Humanas

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Ejemplo :

• Cual será la producción por hora de un cargador de ruedas con cucharón de: 3.1 m3 – – – –

Factor de llenado promedio = . 90 Tiempo del ciclo = 30 Segundos Eficiencia en la Obra = 50 min hr Disponibilidad Mecánica = . 95 70

Ejemplo :

• Cual será la producción por hora de un cargador de ruedas con cucharón de: – 3.1 m3 – Factor de llenado promedio = . 90 – Tiempo del ciclo = 30 Segundos – Eficiencia en la Obra = 50 min hr – Disponibilidad Mecánica = . 95

Producción / Hr. = 3.1 x 0.90 x 120 x 0.83 x 0. 95 = 264 m3 / hr.

71

72

COSTOS DE POSESIÓN

Son todos los costos Relacionados con la Adquisición de la Máquina. > Depreciación > Interés > Impuestos > Seguro 73

COSTOS DE OPERACIÓN

> Combustible > Mantenimiento Son todos los costos relacionados > Neumáticos/Carriles Para poner a trabajar la máquina > Reparaciones > Articulos de Desgaste > Salario de Operador 74

Analisís - Costos de Operación D8RII Costo de Operacion Cat D8RII Operador 8% Rep Mayores 9%

Combustible 44%

Hta. Corte 16% Mto. Carriles 18%

Mant. Preventivo 5%

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Concepto - Rendimiento Óptimo Menor Costo por Hora Posible .........

M3

Mínimo Costo / hr Máxima producción por $/M3 = ----------------------------------Hora Posible ......... Máxima Producción / hr 76

Concepto -Rendimiento Óptimo Menor Costo por Hora Posible .........

M3

Mínimo Costo / hr. $/M3 = -----------------------------------Máxima Producción / hr.

Máxima producción por Hora posible ......... 77

Costos Totales Directos

Posesión (Fijo)

Operación (Variable)

$ / hr.

Horas de Operación 78

Costos Totales Directos

Posesión (Fijo)

Operación (Variable)

$ / hr.

Operación 90 % 88 %

80 % 70 %.

Posesión

30 %

20 %

12 %

10 %

Horas de Operación 79

$

Utilidad

Operación

Posesión

80

Análisis de la Sensibilidad en la Utilidad de los Negocios de Movimiento de Tierras Un Cambio de1%1en% en : Un Cambio de Precio Tasa de Interés Valor de Reventa Costos de Oper. Disp. Mecánica Producción 0%

1% 2% 3% 4% Resulta en un Aumento de Rentabilidad de

5%

Resulta en un aumento de la Utildad en :

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HOURLY OWNING AND OPERATING COST ESTIMATE FOR:

DATE:

Cat Wheel Loaders

last update

12-Jun-04

Jan. 00

CONSTANTS:

Ejemplo:

SIMPLE INTEREST RATE % INSURANCE RATE % PROPERTY TAX RATE %

9.0 1.0 1.0

9.0 1.0 1.0

9.0 1.0 1.0

9.0 1.0 1.0

MACHINE DESIGNATION:

988F

990

992G

994

9 5,000 90.0% 4,500 40,500 15%

9 5,000 90.0% 4,500 40,500 15%

9 5,000 90.0% 4,500 40,500 15%

9 5,000 90.0% 4,500 40,500 15%

ESTIMATED OWNERSHIP PERIOD (YRS) SCHEDULED USAGE (HR/YR) MECHANICAL AVAILABILITY & UTILIZATION ACTUAL USAGE (HR/YR) OWNERSHIP USAGE (TOTAL HR) RESIDUAL VALUE % OWNING COST:

Delivered Price, including attachments & tires ($) Less tire or U/C replacement cost ($) Delivered price less tires ($)

Costos de Posesión Y Operación.

400,000 0 400,000

700,000 0 700,000

900,000 0 900,000

2,200,000 0 2,200,000

60,000

105,000

135,000

330,000

340,000 8.40

595,000 14.69

765,000 18.89

1,870,000 46.17

Interest (cost of funds) ($/hr)

4.44

7.78

10.00

24.44

Insurance ($/hr)

0.49

0.86

1.11

2.72

Property tax ($/hr)

0.49

0.86

1.11

2.72

HOURLY OWNING COST ($/HR)

13.83

24.20

31.11

76.05

15.00 0.80 12.00

21.00 0.80 16.80

27.00 0.80 21.60

46.00 0.80 36.80

2.00

2.90

3.50

6.20

15,000 4,000 3.75

28,000 4,000 7.00

40,000 4,000 10.00

140,000 4,000 35.00

11.00

14.50

18.00

38.00

Less residual value at replacement ($) Value to be recovered over ownership period ($) Capital recovery (value/total hours) ($/hr)

OPERATING COST:

Fuel:

consumption (gal/hr) unit price ($/gal) cost ($/hr)

Lube, oils, filters, grease ($/hr) Tires: replacement cost ($) life (hr) cost ($/hr) Repairs ($/hr) Minor Repairs, Liners, GET ($/hr)

5.00

10.00

15.00

20.00

Operator Cost, including fringes ($/hr)

25.00

25.00

25.00

25.00

TOTAL HOURLY OPERATING COST ($/HR)

58.75

76.20

93.10

161.00

TOTAL OWNING & OPERATING COST ($/HR)

72.58

100.40

124.21

237.05

LOADERS.WK4

82

Resumen: Costos de Posesión y Operación COSTOS

COSTOS DE POSESIÓN

COSTOS DE OPERACIÓN

COSTOS DE ADMINISTRACIÓN

COMBUSTIBLES DEPRECIACIÓN

OFICINA MANT. PREVENTIVO

INTERESES RESERVA PARA REPARACIÓN

SEGUROS

IMPUESTOS

ARTICULOS DE DESGASTE

PERSONAL

EQUIPO DE MANTENIMIENTO

NEUMATICOS CARRILES

EQUIPO DE TRANSPORTE

SALARIO DEL OPERADOR

83

84