Movimiento de Tierras en Mineria Superficial

“CURSO DE ACTUALIZACION PROFESIONAL EN INGENIERIA DE MINAS”

MOVIMIENTO DE TIERRAS

PRINCIPIO DEL 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 FUNDAMENTAL “MOVER MÁS TIERRA EN UN TIEMPO DETERMINADO Y AL MÍNIMO COSTO POR METRO CÚBICO”.

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: Costo horario mínimo COSTO POR TONELADA  Costo mas bajo por tonelada

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. PRODUCCION = Tn/viaje) * viajes/hora. = Tn/hr. 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

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 características físicas.

a mover, sus

- TIEMPO.- análisis de movimientos, tiempo efectivo de trabajo, tiempos muertos. - EFICIENCIA.- Rendimiento operativo de los equipos.

ELEMENTOS FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE LAS MAQUINAS 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

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?

Solución: 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:

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%? Solución:

a.- Llevando la densidad tm/m3 a Lbs/BCY. 3  tm  2204.62 Lbs  1m  d b  4.2 3   3 1tm  m   1.308 yd

   7079 Lbs / BCY 

b.- Hallando la densidad suelta. ds 

db 7079lbs / BCY   5056.43lbs / LCY 1  %esp 1  0.4

c.- Convertir la densidad suelta a Tm/ LCY. ds 

5056.43lbs  1Tm     2.293tm / LCY LCY 2204 . 62 lbs  

d.- Hallando el volumen yd3 que ocupa la tolva del camión: V 

100tm  43.61LCY 2.293tm / LCY

VOLUMEN = 43,61 yd3 material suelto

Rpsta

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.

PUNTOS CRITICOS

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.

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?

60  13,3 SOLUCION: v iajes/hora  4,5 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 Tiempo medio de demoras Tiempo medio de carga Tiempo medio de acarreo Tiempo medio de descarga Tiempo medio de retorno

CICLO TOTAL (PROMEDIO) Menos Esperas y Demoras CICLO MEDIO (100% Eficiencia)

= 0,28 minutos = 0,25 minutos = 0,65 minutos = 4,26 minutos = 0,50 minutos = 2,09 minutos 8,03 minutos 0,53 minutos 7,50 minutos

Ejemplo Calcular la producción de la unidad de transporte. • 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 SOLUCION:

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

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.

EFICIENCIAS 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 otros alcances sobre la eficiencia: EFICIENCIA DEL TRABAJO

BUENA FAVORABLE

PROMEDIO BUENA

MALA DESFAVORABLE

Nº de minutos/hora del trabajo

55

50

40

Porcentaje (%)

92

83

67

Eficiencia de operación del equipo y la eficiencia administrativa ó de supervisión:

EFICIENCIA DE OPERACIÓN

Buena 0,9 Promedio 0,8 Mala 0,7

EFICIENCIA EN SUPERVISIÓN

Buena 1,0 Promedio Mala

0,85 0,65

• Si combinamos estas 2 eficiencias tenemos el siguiente cuadro: 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

• 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.

Ejemplo 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: 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

CRITERIOS PARA ELEGIR EQUIPO CARGUIO – EXCAVACIÓN 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.

Consideraciones del lugar de trabajo - 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.

Otros factores - 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).

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