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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL PROGRAMA DE TITULACIÓN EXTRAORDINARIA MEDIANTE CURSOS DE ACTUALIZACIÓN DE CONOCIMIENTOS

INFORME TÉCNICO “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL EN INGENIERÍA CIVIL

PRESENTADO POR BACH. Julio César Marín Zamora ASESOR MAG. ING. Hugo Miranda Tejada

Cajamarca, Febrero del 2009

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DEDICATORIA

A mis padres: Termópilo Marín Cachay Sara Zamora Cachay y hermanos: Betty, José y Carlos Por su infinito apoyo y cariño para lograr uno más de mis objetivos personales.

A mi esposa Lizeth e hijo César Fernando, por su amor, paciencia y comprensión y quienes son mi inspiración en todo momento.

JULIO

Bach. Julio César Marín Zamora

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AGRADECIMIENTO A los docentes de la Facultad de Ingeniería de mi Alma Mater la Universidad Nacional de Cajamarca, de manera muy especial al Mag. Ing°. Hugo Miranda Tejada por su valioso aporte de tiempo y de conocimientos para la culminación del presente Informe Técnico.

Al Sr. Geoff Chapman, gerente del área de construcción – movimiento de tierras de minera Gold Fields La Cima S.A., por el apoyo en el trabajo y las facilidades prestadas para asistir al curso de titulación.

Al Sr. Jorge Burr, gerente del área de construcción – caminos de minera Gold Fields La Cima S.A., por las facilidades prestadas para asistir y finalizar con éxito el curso de titulación.

Al Sr. Luis Ruiz Z., supervisor sénior en el área de construcción – movimiento de tierras, por brindarme sus conocimientos, experiencia y apoyo los cuales fueron determinantes para la elección del presente informe técnico.

Al Sr. Carlos Casso; instructor de maquinaria pesada de la compañía Stracon, por su valioso aporte con información relacionada con el tema.

A todos los demás familiares y amigos que hicieron posible la culminación del presente informe técnico.

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RESUMEN El presente informe técnico tiene como finalidad identificar la maquinaria utilizada para el movimiento de tierras en las instalaciones de la minera Gold Fields La Cima cuyo método de explotación es a tajo abierto, describiendo sus características y también las múltiples funciones que realizan dentro de las operaciones propias del movimiento de tierras.

La experiencia adquirida durante tres años en la supervisión de campo en el área de construcción del proyecto “Cerro Corona” de minera Gold Fields La Cima cuyo centro de operaciones se encuentra ubicado en la provincia de Hualgayoc, ha permitido que pueda plasmar en el presente trabajo el uso de la maquinaria para el movimiento de tierras.

Se presenta la clasificación y utilización de la maquinaria como resultado de la supervisión y la experiencia en el uso de los equipos, las fórmulas utilizadas para el cálculo de los rendimientos, la producción en obra, el análisis de los costos de operación y mantenimiento complementados con ejemplos numéricos, tablas y gráficos que nos permiten estimar preliminarmente la producción de los equipos.

Se describe también los diversos equipos de las líneas de productos de las marcas Caterpillar y Komatsu.

Se incluye un panel fotográfico mediante el cual se identificarán los equipos indicando: marcas, modelos, y los trabajos ejecutados en las diferentes áreas de operación.

Adicionalmente se presenta el análisis para determinar el costo horario de operación para un tractor D8R y un cargador frontal 966H los cuales nos servirán como base de cálculo para determinar el costo horario de operación de los demás equipos.

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INDICE CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1

1.1

Introducción…………………………………………………

1

1.2

Objetivos……………………………………………………..

1

1.3

Antecedentes…………………………………………….....

2

1.4

Alcances…………………………………………………......

2

1.5

Características locales………………………………….....

2

1.6

Justificación………………………………………………....

3

CAPÍTULO II

REVISIÓN DE LITERATURA

4

2.1

Maquinaria para movimiento de tierras………………………

4

2.2

Movimiento de tierras……………………………………………

4

2.3

Explotación minera a tajo abierto – cielo abierto...………...

5

2.4

Explotación de bancos y minas a cielo abierto…..…………

5

2.5

Minería y movimiento de tierras………….……………………

5

2.6

Cómo calcular la producción en la Obra.……………………

11

2.7

Cálculo de producción con fórmulas……………..………….

12

2.8

Determinación de rendimientos……..…………………………

15

2.9

Costo de operación………………………………………………

16

2.10 Línea de productos Caterpillar…………………………………

17

2.11 Línea de productos Komatsu…………………………………..

20

CAPÍTULO III

24

METODOLOGÍA

3.1

Materiales empleados……………………………………………

24

3.2

Metodología……………………………………………………….

24

CAPÍTULO IV 4.1

4.2

RESULTADOS

26

Clasificación de maquinaria utilizada en movimiento de tierras……………………………………………………………

26

Los equipos y su utilización……………………………………

32

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4.3

Fórmulas para el cálculo de la producción………………….

59

4.4

Panel fotográfico…………………………………………………

93

4.5

Ejemplo para el cálculo del costo horario de operación tractor D8R – cargador frontal 966H………………………….

111

4.5.1 Cálculo de la tarifa horaria para un tractor D8R……

112

4.5.2 Cálculo de la tarifa horaria para un cargador frontal 966H. ………………………………………………………. CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

116 120

5.1

Conclusiones………………………………………………………

120

5.2

Recomendaciones………………………………………………..

122

CAPÍTULO VI

BIBLIOGRAFÍA

124

CAPÍTULO VII

ANEXOS

125

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CAPÍTULO I:

INTRODUCCIÓN

“Por poderosa que sea un máquina tiene sus límites. El querer excederse puede conducir a la rotura o al aniquilamiento de la máquina, llevando a menudo a accidentes de mucha gravedad. Es por esto que es indispensable que el maquinista posea una especie de conocimiento intuitivo de la máquina y de sus posibilidades. Es necesario, pues, que haya recibido una instrucción técnica que lo especialice.”

Dr. Jean Perrin, 1968.

1.1 INTRODUCCIÓN Hoy en día la región Cajamarca se ha convertido en una potencial zona de explotación minera, así tenemos por ejemplo a minera Yanacocha en el distrito de la Encañada en la provincia de Cajamarca, minera Gold Fields en el distrito de Hualgayoc en la provincia de Hualgayoc, minera Río Tinto en el distrito de Querocoto en la provincia de Chota, y muchas otras; todas ellas en su explotación utilizan el método a tajo abierto. Los ingenieros civiles, especialmente los egresados de la Universidad Nacional de Cajamarca, no podemos estar ajenos y debemos ser partícipes activos de esta realidad, debiendo para ello conocer y saber la correcta aplicación de la maquinaria empleada en el movimiento de tierras en minas a tajo abierto para poder participar de manera efectiva en los procesos de planeamiento, supervisión, costos y presupuestos, control, y otros aspectos de los cuales somos partícipes directamente. En los movimientos de tierras realizados en las minas a tajo abierto se utilizan una gran variedad de maquinarias teniendo así diversas marcas y modelos, desempeñando todas ellas múltiples funciones para las cuales fueron diseñadas. 1.2 OBJETIVOS

a) OBJETIVO GENERAL Identificar los tipos y funciones de los principales tipos de maquinarias utilizadas en el movimiento de tierras en minas a tajo abierto.

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b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Conocer los principales tipos de maquinaria para movimiento de tierras utilizadas en nuestro medio. - Describir las funciones que realizan dentro de las operaciones propias del movimiento de tierras. - Presentar la clasificación de maquinaria utilizada para movimiento de tierras. - Desarrollar fórmulas utilizadas para el cálculo de los rendimientos. - Calcular mediante un ejemplo el cálculo del costo horario de operación de la maquinaria (HM).

1.3 ANTECEDENTES Anteriormente se han confeccionado catálogos, revistas y manuales de la gran variedad de

maquinaria existente para el movimiento de tierras en

general, pero en su información, es muy mínimo lo que se encuentra en cuanto a las funciones, rendimientos y la determinación del costo horario, encontrándose mayor información acerca de las características físicas, mecánicas e hidráulicas. El presente trabajo pretende complementar la información disponible incidiendo sobre los temas relacionados a las funciones, rendimientos y costo horario de la maquinaria en mención.

1.4 ALCANCES Este informe servirá para dar un mayor conocimiento a los estudiantes, egresados, profesionales y demás interesados a fin de hacer más certera y eficiente la toma de decisiones en las operaciones propias del movimiento de tierras en minas a tajo abierto, en donde se utilizan una gran variedad de maquinaria.

CARACTERÍSTICAS LOCALES a) Ubicación Departamento:

Cajamarca

Provincia

:

Hualgayoc

Distrito

:

Hualgayoc

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El proyecto Cerro Corona, se ubica a 80 km al noroeste de la ciudad de Cajamarca, en la margen izquierda de la carretera

Cajamarca –

Bambamarca. b) Topografía La topografía de la zona muy accidentada. c) Clima El clima es seco y frío, con lluvias de octubre a abril y sequías entre los meses de junio y agosto; el resto del año las lluvias son esporádicas. La temperatura media es de 10ºC a 12 ºC, pero varía según la época, en los meses de sequía la temperatura en las madrugadas es muy baja. d) Altitud El proyecto cerro corona se encuentra ubicado a una altitud entre los 3500 y 3900 msnm. 1.5 JUSTIFICACIÓN La bibliografía existente sobre maquinaria para movimiento de tierras en minas a tajo abierto es muy escasa y difícil de conseguir; sumado a ello la información que se muestra acerca de las funciones, rendimientos y costo horario en algunos casos es muy limitada. Este informe está dirigido especialmente a los estudiantes de ingeniería civil quienes reciben muy poca información y capacitación acerca del tema; adicionalmente se pretende que los interesados asimilen un poco de la experiencia recogida en campo, y que les permita la toma de decisiones más certera y con cierto criterio cuando les asigne las funciones de supervisión o dirigir trabajos relacionados con la maquinaría utilizada para el movimiento de tierras en minas a tajo abierto. La dirección competente, operación diestra y el debido mantenimiento evitarán las pérdidas cuantiosas por la mala selección del equipo, así mismo se disminuirán los daños a la maquinaria debidos al desconocimiento de sus funciones y puntos críticos.

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CAPÍTULO II:

REVISIÓN DE LITERATURA

2.1 Maquinaria para movimiento de tierras Equipo que se usa en la construcción pesada, sobre todo en proyectos de ingeniería, que requieren mover millones de metros cúbicos de tierra. (Microsoft Encarta, 2007).

2.2 Movimiento de tierras Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria. Las operaciones del movimiento de tierras en el caso más general son:

excavación

o

arranque,

carga,

acarreo,

descarga,

extendido,

humectación o desecación, compactación, servicios auxiliares (refinos, saneos, etc.). Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de carga. Una vez llegado a su destino (acarreo), el material es depositado mediante la operación de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc. Es frecuente conformar, con el material aportado, capas de espesor aproximadamente uniforme, mediante la operación de extendido. De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los terrenos naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecánico adecuado, una protección frente a la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada compactación, que debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades indicadas. (Cherné, González, 2006). Excavación: Es todo aquel tipo de trabajo que permite extraer material para construcción o bien para dar paso a una obra específica. Cargar: Movimiento de materiales para colocarlos en las unidades de acarreo o en tolvas.

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Acarreo: Es el transporte de materiales con equipo mecánico cuya fuerza motriz es un motor así se tienen: camión, volquetes, mototraillas, trailla, vagones, locomotoras, fajas transportadoras. Descarga: Es la actividad que consiste en vaciar la carga o material contenido en las unidades de acarreo o en tolvas. Conformación: Dar forma a las capas de relleno de un determinado espesor a través del extendido del material. Compactación: Es un proceso de la disminución o minimización de espacios vacíos por medio de la acción mecánica de los equipos de compactación. 2.3 Explotación minera a tajo abierto – cielo abierto El minado (explotación) a tajo abierto o cielo abierto se realizan cuando los yacimientos son de gran tamaño, presentan una forma regular y están ubicados en la superficie o cerca de esta. (sociedad nacional de minería petróleo y energía, 2007).

2.4 Explotación de bancos y minas a cielo abierto El término “cielo abierto” se aplica para designar cualquier excavación al descubierto hecha para obtener material de valor. (Herbert L. Nichols, 1981).

2.5 Minería y movimiento de tierras El rendimiento óptimo de una máquina se expresa de la siguiente manera: (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Costo más bajo por tonelada 

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Costo por hora más bajo posible producción por hora más alta posible

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Producción En la mayoría de las aplicaciones de movimiento de tierra y manejo de materiales, la producción se calcula multiplicando la cantidad de material (carga) movido por ciclo por el número de ciclos por hora.

Producción por hora = Carga/ciclo x ciclos/hora

Los que trabajan minas de metal trabajan, generalmente, con medidas de peso (toneladas métricas). (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Medición del Volumen El volumen del material se define según el estado en que se halla al moverlo. Las tres medidas de volumen son:

m3 banco:

un metro cúbico como se encuentra en estado natural.

m3 suelto:

un metro cúbico de material expandido como resultado de haberlo movido.

m3 compactado:

un metro cúbico de material cuyo volumen se ha reducido por compactación.

Para estimar la producción, debe conocerse la relación entre el volumen de tierra en banco, el de la tierra suelta y el de la tierra compactada. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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Tabla 1. Coeficiente de trasformación según el tipo de material (Cherné, J – González, A, 2006).

Fig.1. Volúmenes aparentes en minería (Cherné, J – González, A, 2006).

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Tabla 2-A. Densidades del material en banco y suelto, para los casos más frecuentes del movimiento de tierras (Cherné, J – González, A, 2006).

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CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS EN MOVIMIENTO DE TIERRAS Densidad

%

Densidad

EN kg/m3

Expansión

ES kg/m3

Ceniza volcánica

860

52

565

Arcilla: Seca

1840

23

1485

2075

25

1660

Seca

1660

41

1185

Mojada

1840

11

1660

75% roca + 25% tierra

2790

43

1960

50% roca + 50% tierra

2285

33

1720

25% roca + 75% tierra

1960

25

1570

Seca (apisonada)

1900

25

1515

Húmeda (excavada)

2020

27

1600

Marga

1540

23

1245

Granito fragmentado

2730

64

1660

Grava:

Mojada

2165

12

1930

Seca

1690

12

1515

Suelo arenoso: Arcilloso

2020

27

1600

Piedra caliza

2520

67

1515

Tierra vegetal

1365

43

950

En bruto

1600

35

1190

Lavado

1480

35

1100

En bruto

1275

35

950

Lavado

1125

35

830

Seca

1600

12

1425

Húmeda

1900

12

1690

Mojada

2080

12

1840

Seca

1930

12

1720

Mojada

2225

10

2015

Fragmentado

3115

75

1810

Triturado

2790

75

1600

SUELO

Mojada Arcilla y grava:

Roca descompuesta:

Tierra:

Carbón andracito:

Carbón bituminoso:

Arena:

Arena y grava:

Yeso:

Tabla 2-B. Características de los suelos en movimiento de tierras (Ing. Marco Hoyos - copias del curso de construcciones).

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Dilatación Es el porcentaje de aumento en el volumen de un material (en metros cúbicos) después que se saca de su estado original. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

1  Dilatación 

Volumen suelto de un peso dado Volumen en el banco del mismo peso dado Banco 

Suelto 1  Dilatación

Suelto  Banco x (1  Dilatación )

Factor de carga (L.F) En vez de dividir por 1 + Dilatación para determinar el volumen en el banco, se puede multiplicar el volumen de material suelto por el factor de carga. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

L.F . 

100% 100%  % de dilatación

Banco  m3 sueltos x L.F .

La relación entre el volumen compactado y el volumen en el banco se llama factor de contracción (S.F.): (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

S .F . 

metros cúbi cos compactado s (m3 C ) metros cúbi cos en el banco (m3 B)

Densidad del material Es el peso por unidad de volumen del material. Cuanto más denso sea el material, mayor será el peso por unidad de igual volumen. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007). Densidad 

Peso Kg  Volumen m3

Peso = Volumen x Densidad

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La densidad de un material cambia entre el banco y suelto. Una unidad cúbica de material suelto pesa menos que una unidad cúbica de material en el banco debido a formación de bolsas de aire y huecos. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

1  Dilatación  kg / m3 suelto 

kg / m3 banco kg / m3 suelto

kg / m3 banco 1  Dilatación

Kg/m3 banco = kg/m3 suelto x (1 + Dilatación)

Factor de llenado El porcentaje del volumen disponible en un cuerpo, cucharón o caja que realmente se usa se llama factor de llenado. Un factor de llenado del 87% de una unidad de acarreo significa que un 13% de su capacidad nominal no se usa para acarrear el material. Los cucharones tienen, a menudo, factores de llenado mayores del 100%. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

2.6 Cómo calcular la producción en la obra Modo de pesar la carga El método más exacto para determinar la carga acarreada es pesándola. Para determinar el peso de la carga, se resta el peso del vehículo vacío del peso bruto total. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Peso de la 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. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007). m3 banco 

Peso de la c arg a Densidad en banco

El tiempo de ciclo: El tiempo del ciclo es el tiempo transcurrido entre un cierto movimiento y la repetición de ese movimiento. (Herbert L. Nichols, 1981).

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Estudio del tiempo de ciclo Para estimar la producción hay que determinar el número de viajes completos que hace una máquina por hora. Antes de esto, debe hallarse el tiempo que invierte la máquina en cada ciclo. Se debe medir el tiempo de varios ciclos completos a fin de obtener el tiempo medio por ciclo. Dejando que el cronómetro continúe midiendo, se pueden registrar las diversas porciones de cada ciclo, tales como el tiempo de carga, el tiempo de espera, etc. También se puede incluir otras porciones del ciclo, tales como el tiempo de acarreo, el tiempo de descarga, etc. El tiempo de espera es el que invierte una máquina en esperar a otra, a fin de hacer juntas una operación. El tiempo de demora es el que transcurre cuando una máquina no participa en el ciclo de trabajo, pero no se trata de tiempo de espera. Para hallar los viajes por hora al 100% de eficiencia, divida 60 minutos por el tiempo medio del ciclo menos el tiempo total transcurrido en esperas y demoras. Producción real: incluye todos los tiempos de espera y de demora. Producción normal (sin considerar el tiempo en demoras): 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. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

2.7 Cálculo de producción con fórmulas Es necesario, a menudo, estimar la producción de las máquinas de movimiento de tierra que van a elegirse para un trabajo. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Resistencia a la rodadura. La resistencia a la rodadura (RR) es una medida de la fuerza que habrá que vencer para conseguir la rotación de una rueda en el suelo. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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Factor de resistencia a la rodadura (RR) = 2% del peso bruto de la máquina + 0.6 % del peso

bruto por cm de penetración de los

neumáticos.

Factor de resistencia a la rodadura (RR) = 2% del peso bruto de la máquina + 1.5 % del peso bruto por pulgada de penetración de los neumáticos.

Resistencia en pendientes. Es la fuerza que debe vencer una máquina en pendientes desfavorables (cuesta arriba). Ayuda en pendientes es la fuerza que favorece el movimiento de una máquina en pendientes favorables (cuesta abajo). Las pendientes suelen medirse en porcentaje de inclinación, o sea la relación entre la diferencia de nivel y la distancia horizontal. En toda pendiente adversa, cada tonelada del peso de la máquina crea una resistencia adicional de 10 kg (20 lb) por cada 1% de inclinación. Esta relación sirve de base para calcular el factor de resistencia en pendientes, el cual se expresa en kg/tonelada métrica. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Factor de resistencia en pendientes (RP)

= 10 kg/t x Inclinación (%)

La resistencia (así como la ayuda) en pendientes se obtiene multiplicando el factor de resistencia en pendientes por el peso bruto de la máquina (PBM) en toneladas métricas.

Resistencia en pendientes = Factor de resist, en pendientes x PBM (ton.) La resistencia en pendientes se calcula también expresándola como un porcentaje del peso bruto. Este método se basa en que la resistencia en pendientes es más o menos igual al 1% del peso bruto de la máquina multiplicada por el % de inclinación. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Resistencia en pendientes = 1% del PBM x % de inclinación

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La resistencia (o la ayuda) en pendientes actúa en las máquinas de ruedas y en las de cadenas. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Resistencia total. Es el efecto combinado de la resistencia a la rodadura (vehículos de ruedas) y la resistencia en pendientes. Se calcula sumando los valores, en kg fuerza, de la resistencia a la rodadura (RR) y la resistencia en pendientes (RP). (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Resistencia Total = Resistencia a la rodadura + Resistencia a la pendiente

La resistencia total también se puede representar como constituida totalmente por resistencia en pendientes expresada en porcentaje de pendiente. En otras palabras, se considera que el componente de resistencia a la rodadura es una cantidad correspondiente de resistencia adicional en pendiente adversa. Con este enfoque, se puede calcular entonces la resistencia total en términos de porcentaje de pendiente. Esto se puede hacer convirtiendo la contribución de la resistencia a la rodadura en un porcentaje correspondiente de resistencia en pendientes. Dado que el 1% de pendiente adversa ofrece una resistencia de 10 kg por cada tonelada de peso de la máquina, entonces cada 10 kg de RR se puede indicar con el 1% adicional de pendiente adversa. Después, se suma el porcentaje de inclinación, que denota la resistencia a la rodadura, al porcentaje de la pendiente, y se obtiene la Resistencia Total (en %), denominada también pendiente efectiva. Damos a continuación las fórmulas apropiadas. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Resistencia a la rodadura (%)

= 2% + 1.5% por pulg., de penetración de los neumáticos. = 2% + 0.6% por cm de penetración de los neumáticos

Resistencia en las pendientes (%) = Pendiente en %

Pendiente efectiva (%) = RR (%) + RP (%)

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La pendiente efectiva es muy útil en las gráficas de rendimiento en pendiente-velocidad-tracción en las ruedas, así como en las gráficas de retardación, en las de rendimiento de los frenos y en las gráficas de tiempos de desplazamiento. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007). Altitud. Cuando una máquina estándar trabaja a altitudes elevadas, puede ser necesario reducir la potencia del motor a fin de lograr una vida útil normal. Con esta reducción de la potencia del motor habrá menos fuerza de arrastre en la barra de tiro o de tracción en la rueda. Debe advertirse que en algunas máquinas con motor turboalimentado sólo es necesario reducir la potencia a partir de 4,570 m de altitud. La mayoría de las máquinas se diseñan para funcionar hasta 1,500-2,290 m sin tener que reducir la potencia a causa de la altitud. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Eficiencia en la obra. La eficiencia en el trabajo es uno de los elementos más complicados para estimar la producción, pues influyen factores tales como la pericia del operador, las reparaciones pequeñas y los ajustes, las demoras del personal y los retrasos a causa del plan de trabajo. Damos a continuación cifras aproximadas sobre eficiencia, si no hay disponibles datos obtenidos en el trabajo.

Operación

minutos por hora

factor de eficiencia

Trabajo Diurno

50 min/hora

0.83

Trabajo Nocturno

45 min/hora

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. (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

2.8 Determinación de rendimientos En la industria de la construcción se utiliza la palabra “producción” con el mismo significado que “rendimiento”, que el diccionario define como “la

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cantidad o magnitud producida, en un tiempo determinado”. (Herbert L. Nichols, 1981).

Fórmulas para determinar el rendimiento Una fórmula que se puede utilizar para determinar el rendimiento de cualquier máquina con ciclo regular es:

En donde:

Q:

capacidad enrasada o colmada (m3).

K:

factor de eficiencia del cucharon o caja.

E:

factor de eficiencia de la máquina.

60:

sesenta minutos de una hora.

f:

factor de conversión del suelo.

Cm:

ciclos por minuto.

Si el resultado se tiene que dar en m3 en el banco, f tiene un valor que se determina del abundamiento observado. Si el resultado se va a dar en m3 sueltos, f es igual a 1, y puede tacharse de la ecuación. El factor K puede suprimirse cuando se toman cargas completas compactas. (Herbert L. Nichols, 1981).

2.9 Costo de operación Se define “costo de operación” de una maquinaria a la cantidad de dinero invertido en adquirirla, hacerla funcionar, realizar trabajos y mantenerla en buen estado de conservación, es decir que en este costo debe incluirse los gastos fijos como son: el interés de capital invertido, seguros, impuestos, almacenaje, mantenimiento, reparación y depreciación y los gastos variables representados por los combustibles, lubricantes, filtros y jornales. (CAPECO, 1995).

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2.10 LÍNEA DE PRODUCTOS CATERPILLAR TRACTORES DE CADENAS

MOTONIVELADORAS

MINICARGADORES

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EXCAVADORAS HIDRÁULICAS

RETROEXCAVADORAS CARGADORAS

CAMIONES Y TRACTORES DE OBRAS Y MINERÍA

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CAMIONES ARTICULADOS

TRACTORES DE RUEDAS

COMPACTADORES DE RELLENOS SANITARIOS

COMPACTADORES DE SUELOS

CARGADORES DE RUEDAS Y PORTAHERRAMIENTAS INTEGRALES

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CARGADORES DE CADENAS

EQUIPO DE PAVIMENTACIÓN

2.11 LÍNEA DE PRODUCTOS KOMATSU TRACTORES DE CADENAS

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EXCAVADORAS HIDRÁULICAS

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CARGADORES DE RUEDAS

TRACTORES DE RUEDAS

MINICARGADORES

RETROEXCAVADORAS CARGADORAS

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CAMIONES

CAMIONES ARTICULADOS

MOTONIVELADORAS

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CAPÍTULO III:

METODOLOGÍA

3.1 MATERIALES EMPLEADOS

Equipo y materiales de campo - Camioneta. - Cámara digital. - Cuaderno de apuntes. - Maquinaria pesada en actividad.

Equipo y materiales de gabinete - Laptop. - Memoria USB 1GB. - CDs, DVDs - Materiales de escritorio. - Impresora.

3.2 METODOLOGÍA Luego de desempeñar el cargo de supervisor de campo, desde el año 2006 hasta el año 2009 en minera Gold Fields La Cima, la elaboración del presente Informe Técnico se hizo bajo el siguiente procedimiento:

Fase preliminar de gabinete

- Se hizo la recopilación bibliográfica en las bibliotecas y librerías, así como la búsqueda en internet de la información existente sobre maquinaria pesada para movimiento de tierras en minas a tajo abierto.

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Fase de campo - En la etapa de construcción del proyecto minero “Cerro Corona” de minera Gold Fields La Cima, se supervisó

los diferentes frentes de

operación de los equipos, de donde se obtuvo de forma directa las marcas y modelos de los equipos, así mismo se identificó las características, las múltiples funciones y las limitaciones de la maquinaria utilizada para el movimiento de tierras.

- En esta fase de campo se tomaron las fotografías que forman parte del panel fotográfico mostrado.

Fase final de gabinete

- En la fase final de gabinete se procesó la información obtenida en la fase de campo complementándola con la bibliografía obtenida en la fase preliminar de gabinete.

- Finalmente se realizó la elaboración del informe técnico final.

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CAPÍTULO IV: RESULTADOS 4.1 CLASIFICACIÓN DE MAQUINARIA UTILIZADA EN MOVIMIENTO DE TIERRAS

TRACTORES DE CADENA (TRACTORES DE ORUGA)

Fig.2. Tractor de orugas CAT D10T.

MOTONIVELADORAS

Fig.3. Motoniveladora KOMATSU GD 655.

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EXCAVADORAS

Fig.4. Excavadora KOMATSU PC 300 LC.

PALAS FRONTALES

Fig.5. Pala O&K RH 120 - E.

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RETROEXCAVADORAS CARGADORAS

Fig.6. Retroexcavadora CAT 420 E.

CAMIONES

Fig.7. Camión CAT 785.

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VOLQUETES

Fig.8. Volquete VOLVO FM.

COMPACTADORES DE SUELOS

Fig.9. Compactador de suelos CAT 825 C.

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CARGADORES FRONTALES (DE RUEDAS)

Fig.10. Cargador Frontal CAT 994 F.

COMPACTADORES VIBRATORIOS

Fig.11. Compactador vibratorio liso CS 533 E.

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MARTILLOS HIDRÁULICOS

Fig.12. Martillo Hidráulico CAT 320 C.

MINICARGADORES

Fig.13. Minicargador CAT 246 B.

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4.2

LOS EQUIPOS Y SU UTILIZACIÓN A. TRACTOR En movimiento de tierras, se llama tractor a una máquina autónoma que permite: a) el remolque de otras máquinas, b) el sostén y maniobra de diversos equipos tales como cuchilla de bulldozer. Los tractores de oruga son los que en mayor número llevan los equipos de bulldozers para hacer excavaciones o fuertes empujes y se emplean, principalmente, para extender y hacer rellenos con material suelto. ELECCIÓN DE UN TRACTOR: El tractor sobre orugas se emplea para trabajos duros, sobre fuertes pendientes, casos en donde el esfuerzo de tracción exige una fuerte adherencia al suelo, sobre los terrenos de poca resistencia (fango, suelos disgregados o recientemente terraplenados, etc.), para los trabajos con cortas distancias.

BULLDOZER Y VARIANTES  BULLDOZER El Bulldozer es una máquina de excavación y de empuje, provisto en la parte delantera de una hoja de empuje frontal perpendicular al eje longitudinal del tractor, que puede levantarse o bajarse. Según los trabajos las cuchillas tienen formas variadas.

UTILIZACIÓN DEL BULLDOZER El Bulldozer es una máquina polivalente que permite realizar numerosos trabajos, tales como: -

Empuje de diversos tipos de material: tierras, rocas disgregadas, etc.

-

Nivelación.

-

Perfilado.

-

Excavación en línea recta.

-

Extendido por capas y compactado superficial, relleno.

-

Construcción de terraplenes y excavación de fosos.

-

Formación de pilas.

-

Remolcado de grandes cargas.

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-

Los bulldozers se utilizan también para empujar el material del banco hasta el alcance de las excavadoras.

-

Despalme.

 ANGLEDOZER En el angledozer la cuchilla puede ser orientada en un plano horizontal con relación al eje longitudinal del tractor. La cuchilla del angledozer es más larga que la del bulldozer para permitir, a la orientación máxima, una anchura de corte igual. Por el contrario es más estrecha.

Fig.14. Principio del angledozer (visto en planta). A: longitud con la cuchilla en posición derecha. B: longitud con la cuchilla en posición oblicua. D: anchura con la cuchilla en posición oblicua. E: anchura del chasis en U. L: orientación máxima de una cuchilla.

UTILIZACIÓN DEL ANGLEDOZER Los angledozers son bulldozers cuyas hojas se pueden inclinar para empujar lateralmente el material excavado cuando el tractor se mueve hacia adelante. Cuando sus hojas se colocan rectas, hacen el mismo trabajo que los bulldozers. Permite realizar todos los trabajos del bulldozer, pero conviene más particularmente para: -

La excavación de un terreno en pendiente.

-

La apertura de un trazado de carretera a media ladera.

-

La construcción de terraplén en terreno Llano.

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 TILTDOZER Es un bulldozer en el que la cuchilla puede pivotar en su plano alrededor del eje longitudinal del tractor.

Fig.15. Principio del tiltdozer. C: longitud de la cuchilla. F: altura de la cuchilla. J: inclinación transversal máxima. Al lado derecho se observa el cilindro de inclinación tranversal (tilt) y cilindro de elevación de la cuchilla, del lado izquierdo de un tiltdozer caterpillar.

UTILIZACIÓN DEL TILTDOZER Entre las diversas utilizaciones están: -

La excavación de zanjas.

-

Los trabajos a media ladera.

El tiltdozer reemplaza ventajosamente al angledozer para los trabajos a media ladera.  TIPDOZER Es un bulldozer en el que la cuchilla puede pivotar alrededor de su eje horizontal para hacer variar el ángulo de corte.

Fig.16. Principio del tipdozer (alzado de perfil). G: cuchilla en posición recta. G´: cuchilla en posición oblicua. H: profundidad de penetración en el suelo. K: regulación máxima de incidencia (pitch).

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UTILIZACIÓN DEL TIPDOZER El interés del tipdozer es debido a que se puede regular la inclinación de la cuchilla, tanto para el corte como para el empuje, en función de la naturaleza del material. Detalles del Bulldozer.

Fig.17. Detalles del bulldozer.

HOJAS TOPADORAS – SELECCIÓN DE HOJAS Si bien la mayoría de materiales se pueden mover con la hoja, su rendimiento varía de acuerdo a las características de cada uno. Ningún tractor puede aplicar más empuje en kg que el peso de la máquina y que la fuerza máxima que suministre el tren de fuerza.

Hoja S (Recta)

La hoja recta es la más adaptable de todas. Como es más pequeña que la hoja U y SU, es más fácil de maniobrar, y puede empujar una gran variedad de materiales. Tiene una mejor penetración que las hojas U y SU y recoge buenas

Fig.18. Hoja S (Recta).

cargas. La hoja S puede mover con facilidad materiales densos.

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Combina las mejores características de las hojas S y U. Tiene mayor capacidad Hoja SU (Semiuniversal)

por habérsele añadido alas cortas que incluyen sólo las cantoneras. Las alas mejoran la retención de la carga y permiten conservar la capacidad de penetrar

y

cargar

con

rapidez

en

materiales muy compactos y de trabajar Fig.19. Hoja SU (Semiuniversal).

con una gran variedad de materiales en aplicaciones de producción.

Los amplios flancos de esta hoja Hoja U (Universal)

incluyen una cantonera y por lo menos una sección de cuchilla que facilitan el empuje de grandes cargas a largas distancias. No

tiene

muy

buena

penetración

(menor que la hoja S y SU), por lo que, la penetración no debe ser el factor Fig.20. Hoja U (Universal).

primordial. Esta hoja es excelente con material liviano o más fácil de empujar.

ESCARIFICADOR - DESGARRADOR (RIPPER) El escarificador está sólidamente fijo a la parte posterior del bulldozer, y sirve para disgregar los suelos compactos y las rocas semiduras por acción del labrado. Puede llevar uno o varios escarificadores. Las puntas de los dientes del escarificador son intercambiables.

Fig.21. Escarificador Michigan con mando hidráulico.

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UTILIZACIÓN DEL ESCARIFICADOR - DESGARRADOR El interés del escarificador consiste en la disgregación mecánica de la superficie, lo cual permitirá excavar terrenos que la cuchilla del bulldozer no podrá atacar directamente. La Utilización depende de factores como: la dureza, la homogeneidad, la compactación del material, la potencia y el peso del tractor, la resistencia de los dientes del escarificador, etc. En una primera aproximación se puede determinar la escarificación por medio de tablas o de ábacos por tipo de tractor y de escarificador, en función de la naturaleza del terreno. Para más certidumbre, se recurre al sismógrafo de refracción que permite estudiar la composición del suelo. La técnica actual consiste en efectuar una primera serie de pasadas a todo lo ancho y a la profundidad óptima, cruzada por una serie de pasadas en sentido oblicuo a las primeras.

Fig.22. Esquema de propagación de las ondas sonoras en el suelo, registradas por el sismógrafo de refracción. Las flechas indican los puntos de producción de las ondas sonoras. El sismógrafo no registra más que el tren de ondas recibidas primero, representado por los trazos continuos en función de la distancia y la velocidad de propagación Vp. A: tierra fácil de trabajar, Vp = 305 m/s. B: roca fragmentada, Vp = 914 m/s. C: banco rocoso, Vp = 1829 m/s.

Desgarrar/Escarificar: Consiste en el acondicionamiento de suelos duros y desiguales antes de pasar con la hoja. Los desgarradores suelen penetrar de 15 a 30 cm. en el suelo mientras que los escarificadores suelen penetrar hasta una profundidad de 2.5 a 20 cm.

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DESGARRADORES

Fig.23. Desgarrador en paralelogramo ajustable

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B. MOTONIVELADORA La motoniveladora se compone de un chasis sobre cuatro o seis ruedas de neumáticos, en el centro del cual una cuchilla puede: -

Bajar o subirse

-

Desplazarse lateralmente

-

Girar 180° en el plano horizontal, a cada lado del eje longitudinal del chasis (orientación).

-

Girar de 0 a 90° en el plano vertical, a cada lado del eje longitudinal del chasis (pendiente).

-

Girar en un determinado sector alrededor de su propio eje longitudinal (inclinación de la que depende el ángulo de corte).

Fig.24. Esquema de motoniveladora hidráulica de eje delantero oscilante y dirección trasera por articulación de los bastidores.

Fig.25. Motoniveladora Galion.

El eje portante delantero, generalmente curvo para aumentar la distancia al suelo, lleva un dispositivo hidráulico o mecánico que permite inclinar el plano de rodamiento de las ruedas a fin de compensar o, en ciertos

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casos, de aumentar el empuje lateral creado por las posiciones asimétricas de la cuchilla. La cuchilla, estrecha y curvada, está dispuesta para poder deslizarse lateralmente, para inclinarse, para orientarse y para girar según sea el corte requerido.

Fig.26. Desplazamiento lateral de la cuchilla de la motoniveladora y del círculo porta cuchilla y orientación en el plano horizontal.

UTILIZACIÓN DE LA MOTONIVELADORA Máquina ligera y polivalente, se presta a trabajos variados. Sin embargo, no se le puede pedir la potencia y la velocidad de utilización del bulldozer. Por el contrario aventaja a éste en los trabajos de precisión. La motoniveladora, es una máquina utilizada principalmente en la conformación y acabado, más bien que en la excavación o transporte. La motoniveladora es una de las máquinas más versátiles y se usa en numerosas aplicaciones. En la industria minera se utiliza especialmente para el mantenimiento de caminos de acarreo.

Permite ejecutar particularmente: -

Mantenimiento de carreteras, caminos de acarreo.

-

El desbroce.

-

La nivelación y el refino. Desplazamiento de material en cordón.

-

Corte de talud (El taluzado).

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-

Excavación de zanjas en V. (cunetas).

-

La excavación de terreno en pendiente con relleno simultaneo de la vertiente opuesta.

-

El mezclado homogéneo de materiales diferentes dispuestos en cordones paralelos, por desplazamiento de éstos de un lado a otro de la carretera.

-

Ensanchamiento de carreteras por taluzados sucesivos, etc.

-

Desgarrar/escarificar.

Fig.27. Excavación de una zanja en V.

Fig.28. Corte de Talud – Taluzado.

Fig.29. Perfilado de un talud elevado.

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C. CARGADOR FRONTAL Se compone de un tractor sobre neumáticos, con el chasis articulado, equipado de una cuchara cuyo movimiento de elevación se logra mediante dos brazos laterales articulados.

Fig.30. Vista de Perfil de un cargador CAT 966 H

UTILIZACIÓN DEL CARGADOR FRONTAL Puede utilizarse para la excavación, carga, y transporte de material a distancias cortas. El cargador frontal es utilizado para: -

Manutención y la carga de todos los materiales, con la cuchara apropiada.

-

La

excavación,

en

terreno

llano,

de

materiales

sueltos

o

disgregados. -

El desmonte de terrenos blandos.

-

La limpieza.

-

El extendido y la nivelación de materiales.

-

Formación de pilas, etc.

El cargador no alcanza su pleno rendimiento más que sobre superficie plana - horizontal o en pendiente ligera - y bien despejada.

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Para la descarga sobre camiones, éste se coloca oblicuamente al cargador, a fin de reducir distancias, dando al cargador, sin embargo, un tiempo de recorrido suficiente para elevar la cuchara a la altura de vaciado. El extendido y la nivelación, deben ser realizados con el cargador equipado con una cuchara sin dientes, debe trabajarse en marcha atrás.

CLASIFICACIONES SAE DE CUCHARONES

Fig.31. Clasificación SAE de cucharones: Colmado y a ras.

Capacidad a ras es el volumen contenido en el cucharón después de nivelar la carga pasando un rasero que se apoye sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharón. Capacidad colmada es la capacidad a ras, más la cantidad adicional que se acumule sobre la carga a ras a un ángulo de reposo de 2:1 con el nivel a ras paralelo al suelo.

Fig.32. Carguío en banco de volquetes

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D. EXCAVADORA La excavadora es una máquina de movimiento de tierras que trabaja en estación, es decir que su chasis portante sirve únicamente para los desplazamientos, sin participar en el ciclo de trabajo. La excavadora lleva un equipo que comprende: una cuchara móvil, dispuesta en el extremo de un brazo móvil, que es soportado a su vez por una pluma móvil. Estos diversos órganos varían según el modelo de la excavadora y la utilización prevista.

Fig.33. Longitudes de alcance - Excavadora CAT 330 CL

UTILIZACIÓN DE LA EXCAVADORA La excavadora es una máquina polivalente que permite realizar numerosos trabajos, tales como: -

La excavación de paredes verticales.

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-

Carguío de camiones (dúmpers), volquetes, etc.

-

La carga de pilas.

-

La nivelación y explanación.

-

La excavación de cimientos y zanjas.

-

El stripping de top soil (trabajo de despalme).

-

Corte y peinado de taludes.

-

Reclamación de áreas (trabajo de arreglo paisajístico).

-

Las excavadoras se pueden utilizar para levantar y girar tuberías, por ejemplo en las alcantarillas, etc.

Fig.34. Capacidad de levantamiento de una excavadora – Zona óptima de levantamiento.

Recomendaciones para levantamiento sobre el suelo: Mantenga la carga lo más cerca posible de la máquina. Use un cable corto y sitúe la excavadora de modo que el gancho del cucharón quede en la “zona óptima de levantamiento” (vea el diagrama de arriba). Problema: Cable de largo alcance. No logra levantar la carga. Solución: Acorte el alcance y el cable.

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Recomendaciones para levantamiento por debajo del nivel del suelo: Con un cable de longitud adecuada sitúe el pasador de articulación del cucharón en la “zona óptima de levantamiento.” Problema: Cable corto, zanja profunda. No logra levantar la carga. Solución: Alargue el cable para ubicar el pasador de articulación en la “zona óptima de levantamiento.”

Capacidades del cucharón retroexcavador: Caterpillar clasifica los cucharones de excavadoras de acuerdo con la norma PCSA N°3 y la SAE J-296. Las capacidades de los cucharones se clasifican colmados y a ras.

Capacidad a ras: El volumen de material dentro del contorno de las planchas laterales, delantera y trasera sin contar material en la plancha de derrame ni en los dientes.

Fig.35. Clasificación de cucharones de las excavadoras: colmado y a ras.

Capacidad colmado: El volumen del cucharón cargado a ras más el volumen de material encima del nivel a ras, con un ángulo de reposo de 1:1 sin contar material en la plancha de derrame ni en los dientes. La Comisión de Equipo de Construcción Europeo (CECE) clasifica el volumen de cucharon colmado con un ángulo de reposo de 2:1 para el material encima del nivel a ras.

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Carga útil del cucharón: En una excavadora, la carga útil del cucharón (la cantidad de tierra del cucharón en cada ciclo de excavación) depende del tamaño y forma del cucharón, de la fuerza de plegado y de ciertas características del suelo, tales como el factor de llenado de ese tipo de tierra. Promedio de carga útil del cucharón = Capacidad colmada del cucharón x Factor de llenado del cucharón

Material

Factor de Llenado (Porcentaje de la capacidad colmada del cucharón).

Marga mojada o arcilla arenosa

A – 100-110%

Arena y Grava

B – 95-110%

Arcilla dura y compacta

C – 80-90%

Roca bien fragmentada por voladura

60-75%

Roca mal fragmentada por voladura

40-50%

Tabla 3. Factor de llenado según los tipos de material.

Fig.36. Factor de llenado según los tipos de material.

Características de las excavadoras con cadenas Flotación, tracción, maniobrabilidad, para terrenos muy difíciles, cambio de ubicación de la máquina es más rápido. Una excavadora de cadenas es la mejor opción cuando la aplicación no requiere demasiado movimiento de un sitio a otro.

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Selección de zapatas para excavadora La mejor zapata de uso general es la de tres

garras

y

representa

el

mejor

compromiso entre tracción y daños mínimos al pavimento. La zapata de dos garras tiene más tracción que la de tres garras. Se ofrece también zapatas de una garra para obtener

máxima

tracción.

Algunos

usuarios prefieren la zapata de una garra por que proporciona más movilidad en

Fig.37. Tipos de zapatas: una, dos y tres garras.

terrenos montañosos.

E. PALAS FRONTALES Se compone de un cuerpo automotriz sobre orugas, con corona de orientación como una excavadora, cuyo cucharón es una caja de acero soldada abierta en su parte superior, y cerrada en el fondo por una puerta articulada. Es una variante de la excavadora, de mayor capacidad y que permite: -

El trabajo como cargador frontal con penetración en el material, por avance del chasis, pero sin desplazamiento para la descarga.

-

El trabajo en estación como la excavadora.

Fig.38. Pala Frontal

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F. Retroexcavadora La cuchara de dientes intercambiables y cuchillas laterales, está montada en la extremidad del brazo, articulado en cabeza de pluma; ésta a su vez, está articulada sobre la plataforma. La cuchara es fija, a veces basculante, sin compuerta de vaciado.

Fig.39. Retroexcavadora – Cargadora

Utilización de la retroexcavadora

El equipo retroexcavador permite:

-

La extracción del material bajo el nivel del suelo, pudiendo efectuarse el trabajo también bajo el agua.

-

La excavación de zanjas estrechas.

-

La excavación de canales (saneamiento, riego, etc.).

-

La limpieza de zanjas.

-

El trabajo de demolición.

-

La carga sobre medio de transporte, etc.

-

El extendido y conformación de rellenos de poca altura.

-

La nivelación, etc.

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Fig.40. Equipos para retroexcavadora

RETROEXCAVADORAS CARGADORAS

Fig.41. Retroexcavadora CAT 420 E.

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G. CAMIONES – VOLQUETES Camión: vehículo de cuatro o más ruedas que se usa para transportar grandes cargas. Volquete: vehículo automóvil con dispositivo mecánico para volcar la carga transportada.

Utilización de los camiones

-

El acarreo de diversos tipos de materiales.

Fig.42. Caja para roca.

Fig.43. Vaciando la carga en una ladera.

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H. COMPACTADORES DE SUELOS

Fig.44. Compactador de suelos.

FUNDAMENTOS DE COMPACTACIÓN (Apisonamiento de suelos) Definición: Compactación es la operación mecánica de elevar la densidad del suelo, o sea el peso por unidad de volumen. Hay tres factores importantes que afectan la compactación:

-

Granulado del material.

-

Contenido de humedad.

-

Esfuerzo de compactación.

Granulado del material: Es la distribución (% del peso) de las partículas de diverso tamaño en un suelo determinado. Se considera que una muestra está bien granulada si contiene una distribución buena y uniforme de tamaños de partículas. Si la mayor parte de partículas es del mismo tamaño, se dice que su granulado es inadecuado. En términos de compactación, un suelo bien granulado se compactará más fácilmente que un suelo con granulado inadecuado. Cuando el material está bien granulado, las partículas pequeñas llenan los espacios vacíos entre las partículas más grandes y quedan menos espacios vacíos después de compactar.

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Fig.45. Granulado del material: Inadecuado - Bueno.

El Contenido de humedad: O la cantidad de agua que existe en el suelo tiene gran importancia en la compactación. El agua lubrica las partículas del suelo lo que facilita su deslizamiento a las posiciones de mayor densidad. Además, el agua mejora la unión entre las partículas de arcilla, que es lo que da cohesividad a diversas materias.

HUMEDAD ÓPTIMA Arcilla pesada

17.5%

Arcilla limosa

15.0%

Arcilla arenosa

13.0%

Arena

10.0%

Mezcla de grava, arena y arcilla 7.0% Tabla 4. Humedad óptima para diversos materiales.

Se sabe por experiencia que es muy difícil y tal vez imposible obtener la debida compactación si los materiales están muy secos o muy húmedos. Se ha demostrado que para casi cualquier tipo de suelo corresponde un cierto contenido de agua, denominado grado óptimo de humedad, con el que es posible obtener la densidad máxima con una fuerza determinada de compactación. La gráfica siguiente muestra la relación entre la densidad en estado seco y la que resulta cuando hay humedad. Se denomina gráfica de compactación, de humedad-densidad, o proctor.

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Fig.46. Gráfico densidad vs. contenido de humedad.

Esfuerzo de compactación: Se refiere al método que se utiliza con una máquina de compactación a fin de aplicar energía mecánica en el suelo, con el objetivo de apisonarlo. Los compactadores se diseñan para utilizar una o varias de las formas siguientes de esfuerzo de compactación: -

Peso estático (o presión).

-

Acción de amasamiento (o manipulación).

-

Percusión (golpes fuertes).

-

Vibración (sacudimiento).

TIPOS DE COMPACTADORES El equipo de compactación se clasifica generalmente en: -

De patas de cabra.

-

Vibratorio.

-

Neumáticos.

-

De pisones de alta velocidad.

-

De ruedas cortadoras.

Hay también disponibles combinaciones de estos tipos, tales como el tambor vibratorio de acero liso. Para facilitar la comparación, se han colocado los compactadores en la gráfica de zonas de utilización que se muestra debajo. La gráfica contiene una escala de mezclas de materiales desde el 100% de arcilla

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hasta el 100% de arena, más una zona rocosa. Cada tipo ha sido ubicado en el lugar correspondiente a la zona de utilización donde es más ventajoso y económico, pero suelen emplearse algunas veces en otras zonas. La posición exacta de las zonas varía según las condiciones existentes.

Fig.47. Equipo de compactación según el tipo de suelo.

I. COMPACTADORES VIBRATORIOS

Fig.48. Eficiencia de la velocidad de desplazamiento.

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J. MARTILLOS HIDRÁULICOS

Aplicaciones de los martillos -

En la construcción de caminos: herramienta esencial al hacer mejoras de carreteras.

-

En minería y áridos: se pueden usar martillos para quebrar material grande y evitar tener que usar explosivos por segunda vez o mover los escombros. Se puede ubicar el martillo cerca de las chancadoras (trituradoras) para preparar el material antes de triturarlo.

-

En donde está prohibido dinamitar el picar piedra con martillos hidráulicos puede ser la mejor opción.

Fig.49. Modelos de martillos hidráulicos.

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Fig.50. Dimensiones de martillos hidráulicos.

K. MINICARGADORES

Máquina muy versátil y ligera, que es utilizada para:

-

El extendido y conformación de rellenos de poca altura.

-

Carguío.

-

Nivelación.

-

Transporte de diversos materiales.

-

Limpieza de áreas donde el espacio es reducido (chancadoras), etc.

Fig.51. Minicargador CAT 246 B.

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Fig.52. Herramientas acopladas a los minicargadores.

Fig.53. Herramientas acopladas a los minicargadores.

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4.3

FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN (RENDIMIENTOS)

A. BULLDOZER La capacidad de la hoja del bulldozer no se puede calcular exactamente. La hoja constituye solamente uno de los seis lados de una carga útil uniforme. Se puede decir que un buen promedio de carga puede ser el que resulta de aumentar en 20% el volumen formado por todo el ancho de la hoja, con un talud hacia adelante de 1 a 1. La carga efectiva será mayor en el centro y menor en las orillas, siendo el promedio el que ya se dijo.

En condiciones muy buenas el promedio de la carga puede llegar a ser el correspondiente a una altura mayor en seis pulgadas (15 cm) que la del borde de la hoja, prolongándose hacia adelante con un talud de 11/2 a 1.

vista en planta

vista de perfil

Fig.54. Vista en planta y de perfil de la carga de las hojas de bulldozer.

A la capacidad de la hoja la afecta mucho la pendiente. De bajada, la carga tiende a deslizarse con el mínimo de presión, de subida, el rozamiento aumenta y se escurre más por los lados.

Cuando se está haciendo una obra se puede comprobar la capacidad de la hoja contando el número de pasadas completas necesarias para excavar un volumen conocido de un banco, o contando las cargas empujadas para formar un montón y midiendo éste.

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Rendimiento:

El rendimiento de bulldozer viene dado por la fórmula siguiente:

Vc :

capacidad de la cuchilla, en m3 de material esponjado (suelto).

Fe :

factor de eficacia de la máquina. No se puede lograr que la máquina trabaje de forma continuada. Su mayor o menor eficacia depende del conductor, estado de la máquina, clase de terreno y tipo de trabajo. El factor de eficacia suele variar entre el 70% y el 80%.

Ct :

coeficiente de transformación. Se pueden establecer los valores medios del siguiente cuadro, según que el material transportado por la máquina se cubique s/perfil, esponjado o compactado.

Tabla 5. Coeficiente de trasformación según el tipo de material (Cherné, González, 2006).

Tc :

tiempo empleado en el ciclo, en minutos. Es la suma del tiempo fijo y del tiempo variable. Tiempo fijo es el que se emplea en maniobras. El tiempo variable depende de la distancia y de la velocidad de marcha.

N:

coeficiente de gestión, acoplamiento al tajo y adaptación. Varía entre 0.8 y 0.9.

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Ciclo de trabajo piloto

Actividad de ripado (desgarrado) En terrenos muy compactos es necesario utilizar un bulldozer para ripar (desgarrar) la superficie, siempre que ésta no exceda el valor de 3500 m/seg de velocidad sísmica. El parámetro que decide si un terreno es ripable o no es su velocidad sísmica.

Tabla 6. Ripabilidad según la velocidad sísmica (Cherné, González, 2006).

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Ciclo de trabajo piloto

Si el terreno es llano se ripa en ambos sentidos. Si tiene una pequeña pendiente se ripa en sentido favorable.

CÁLCULOS DE PRODUCCIÓN DE HOJAS TOPADORAS (CATERPILLAR)

Se puede calcular la producción de una hoja usando las gráficas de producción y los factores de corrección aplicables.

Producción (m3 sueltos/hora) = Producción máxima x Factores de corrección

Las gráficas de producción dadas a continuación dan la producción máxima no corregida de las hojas empujadoras recta, semiuniversal y universal y se basan en ciertas condiciones (ver manual de rendimiento Caterpillar). Para hallar la producción en m3 en banco (yd3 b), se aplica el factor de carga apropiado a la producción corregida, como se calcula en la fórmula de arriba. Producción (m3 b/hora) = m3 sueltos/hora x Factor de carga.

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Fig.55. Producción Calculada – Hojas Semiuniversales – D6N hasta D11T (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Similarmente se tienen gráficas para las hojas Universales y rectas. El uso de esta gráfica es de la siguiente manera: 1. Se selecciona la curva adecuada según el tipo de maquinaria y la hoja a utilizar según la clave ubicada al lado derecho; 2. Teniendo la distancia promedio de empuje, se ubica este valor en la escala horizontal (parte inferior); 3. Se sube en forma vertical hasta interceptar la curva seleccionada en el paso 1; 4. Con una línea horizontal se intercepta la escala vertical (al lado izquierdo) obteniendo así la producción calculada en m3s/hora.

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Tabla 7. Factores de corrección según las condiciones de trabajo (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

El uso de estas tabla y gráfica es de la siguiente manera: 1. Se selecciona los factores de corrección según: la pericia del operador, las condiciones del material a empujar, el método de empuje, la visibilidad y la eficiencia del trabajo (tabla del lado izquierdo); 2.

En la gráfica del lado derecho y ubicando en la escala

horizontal la pendiente del terreno (ya sea en contra o a favor), se sube en forma vertical hasta interceptar la curva y con una línea horizontal se intercepta la escala vertical (al lado izquierdo) obteniendo así el factor de corrección por la pendiente.

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CÁLCULO DE PRODUCCIÓN DE LA HOJA MEDIANTE FÓRMULAS Problema: Halle la producción media por hora de un D8T/8SU (con cilindro de inclinación) que mueve, por el método de zanja, arcilla compacta una distancia media de 45 m cuesta abajo, con una pendiente del 15%. Se calcula que la densidad del material suelto es de 1600 kg/m3 suelto. El operador es mediano. La eficiencia del trabajo se calcula en 50 min/h. Producción máxima sin corregir: 458 m3 suelto/hora. (ver fig. 55: ). Factores de corrección aplicables: (ver tabla 7) -

Operador bueno

0.75

-

Arcilla muy compacta, “difícil de cortar”

0.80

-

Método de zanja

1.2

-

Eficiencia del trabajo (50 min/hora)

0.83

-

Corrección de la pendiente (de la gráfica)

1.3

-

Corrección de la densidad: (1370/1600)

0.86

Producción = Producción máxima x Factores de corrección = 458 m3 suelto/hora x(0.75)x(0.80)x(1.2)x(0.83)x(1.3)x(0.86) = 306 m3 sueltos/hora.

COMO MEDIR LA PRODUCCIÓN EN OBRA Se muestra a continuación los tres métodos más aceptados en general para medir la producción con hoja topadora. El tercer método es empírico pero su aplicación es la más sencilla. 1. Uso de la técnica de levantamiento de planos. a. Para determinar el volumen del material extraído del corte, mida el tiempo invertido y luego obtenga la sección transversal del corte. (Producción en m3 b por unidad de tiempo). b. Después de medir el tiempo invertido, obtenga la sección transversal del relleno, a fin de calcular su volumen. (La producción se estima en m3 s por unidad de tiempo).

2. Peso de las cargas de la hoja. a. Registre los tiempos y halle el peso del material movido por la hoja pesando las cargas del cucharón del cargador.

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3. Medición de las cargas de la hoja. a. Operación de la hoja topadora. i.

Recoja la carga y condúzcala hasta un espacio horizontal.

ii. Haga ascender la hoja y, cuando se acerque a la cúspide de la pila, hágala avanzar un tanto a fin de que la pila quede simétrica. iii. Retroceda para dejar la pila. b. Medidas que deben hacerse: i.

La altura media (H) de la pila en m. Mantenga la cinta vertical en el borde interior de la huella de cada cadena. Dirija una visual a ras con la cúspide de la pila, para medir bien la altura.

Fig.56. Vista en planta y frontal de la carga de las hojas topadoras.

ii. El ancho (W) medio de la pila en m. Mantenga la cinta horizontal sobre la pila, y ubique en ella la proyección desde el borde interior de cada una de las marcas de las cadenas y el lado correspondiente al otro lado de la pila. iii. La longitud máxima (L) de la pila en m. Mantenga la cinta horizontal sobre la pila, y tome como referencia los dos puntos extremos de la pila. c. Con las medidas anteriores, calcule la carga de la hoja. i.

Halla la altura media (H).

ii. Halla en ancho medio (W). iii. Carga en m3 s = 0.0138 x (HWL). iv. Carga en m3 b = m3 s FV(factor de carga). d. Para hallar la producción, combine la carga calculada de la hoja con las medidas del tiempo invertido.

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Cálculos de producción para el desgarrador: Hay tres métodos usuales para estimar la producción del desgarrador: 1. El mejor método consiste en medir el tiempo invertido en desgarrar, y luego sacar (mediante cargadores y camiones) el material desgarrado y pesarlo. El peso total dividido por el tiempo usado dará la producción por hora. Si al contratista se le paga por volumen, se debe usar un factor de densidad, recordando que el grado de precisión de los cálculos estará determinado por la exactitud del valor de densidad que se use. Si se paga por volumen sacado, el método 2 puede ser el más conveniente. Se debe tener cuidado que sólo se quita el material desgarrado. 2. Otro método consiste en hacer cortes transversales del sitio y luego medir el tiempo invertido en desgarrar. Después que se haya sacado el material, haga de nuevo un corte transversal para determinar el volumen de roca sacado. El volumen dividido por el tiempo invertido da la velocidad de desgarramiento por minuto o por hora. 3. El método menos exacto, pero usado con frecuencia en la obra por su rapidez, consiste en medir el tiempo en que el desgarrador necesita para avanzar una cierta distancia. Para obtener el tiempo medio de un ciclo se deben utilizar los tiempos medidos durante varios ciclos, incluyendo el tiempo invertido en giros y retrocesos. Se mide, además, la distancia media de desgarramiento, el espaciamiento y la penetración del desgarrador. Con estos datos, se halla el volumen por ciclo, que es la base para calcular la producción en m3 en banco. Se sabe por experiencia que los resultados de este método son del 10 al 20% más alto que los obtenidos por el método de cortes transversales, que es más exacto. Ejemplo: método de medir la distancia para calcular la producción del desgarrador. Datos: Tractor D10T – Desgarrador N°10 con un diente. Espacio entre las pasadas: 910 mm (36”). 1.6 km/h de velocidad media (incluyendo resbalamientos y paradas). Cada 91 m. que es la distancia de una pasada, se invierte 0.25 minutos en levantar el diente, hacerlo girar, y bajarlo, después de hacer dar vuelta al tractor.

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Penetración del desgarrador: 610 mm (24”). El tractor desgarra durante toda la jornada. (no empuja traíllas ni trabaja con la hoja parte del tiempo).

Solución: Tiempo por pasada: 1.6 km/h = 26.7 m/min. Entonces:

91m  3.41 min 26.7m / min

3.41 min. + 0.25 min. (tiempo de viraje) = 3.66 min/pasada. Si el trabajo medio del operador es de 45 min. por hora, es posible hacer:



45  12.3 pasadas por hora. 3.66

Volumen desgarrado: 91 m. x 0.9 m. x 0.6 m. = 49.1 m3 B por pasada. Producción = 49.1 x 12.3 = 604 m3 B/hora. Producción real

= 80% de 604 m3 B/hora. = 483 m3 B/hora.

EMPLEO DELAS GRÁFICAS DE VELOCIDAD DE ONDAS SÍSMICAS Las gráficas, en el mejor de los casos, sólo indican el grado de facilidad de desgarramiento. Tenga presente, por lo tanto, las siguientes precauciones al hacer una evaluación sobre la posibilidad de usar desgarrador en una formación de rocas determinada.

1. La penetración de los dientes suele ser la clave del éxito en desgarrar, sea cual sea la velocidad de las ondas sísmicas.

2. Las bajas velocidades de las ondas en rocas sedimentarias suelen indicar que probablemente sean desgarrables. Sin embargo, si no es posible hacer penetrar los dientes por las grietas y uniones de los mantos, es difícil que se puedan desgarrar bien.

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3. Con voladura previa se puede conseguir suficiente fraccionamiento para que penetre el diente. El desgarramiento sigue siendo más un arte que una ciencia, y mucho depende de la habilidad y experiencia del operador del tractor. El número y longitud de vástagos que se utilicen, así como el ángulo de los dientes, la dirección y la posición del desgarrador, etc. Son factores que deben ajustarse según las condiciones del terreno.

El éxito de un trabajo con

desgarrador depende, en muchos casos, de que el operador halle la combinación adecuada para las condiciones existentes.

Fig.57. Gráficos para el cálculo de producción del desgarrador – para el caso de un tractor D10T (manual de rendimiento Caterpillar, 2007). El uso de estos gráficos es de la siguiente manera: 1. Se identifica el tipo de material en el cual se efectuará el desgarrado (lado izquierdo); 2. Con una velocidad sísmica adecuada para este tipo de material (manteniéndonos dentro del color negro de las barras) interceptamos de manera vertical la escala horizontal ubicada en la parte superior de la gráfica en metros por segundo; 3. Con este valor nos ubicamos en la escala horizontal (parte inferior) de la gráfica del lado derecho y subimos verticalmente hasta interceptar la curva A (condición ideal) o la curva B (condición adversa); 4. Con una línea horizontal se intercepta la escala vertical (al lado derecho) obteniéndose la producción del desgarrador en m3 b/hora.

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B. MOTONIVELADORAS PRODUCCIÓN Hay muchas formas de medir su capacidad de operación, o producción. Un método expresa la producción de la motoniveladora en función del área cubierta por la vertedera.

Fórmula:

A = S x (Le – Lo) x 1000 x E

Donde:

A: área de operación horaria (m2/hora). S: velocidad de operación (km/hora o mph). Le: longitud efectiva de la hoja (m). Lo: ancho de superposición (m). E: eficiencia del trabajo.

Velocidades de Operación Típicas

Nivelación de acabado

0-4 km/h

0-2.5 mph

Trabajo pesado con la hoja

0-9 km/h

0-6 mph

Reparación de zanjas

0-5 km/h

0-3 mph

Desgarramiento

0-5 km/h

0-3 mph

Mantenimiento de carreteras

5-16 km/h

3-9.5 mph

Mantenimiento de caminos de acarreo

5-16 km/h

3-9.5 mph

Tabla 8. Velocidades de operación típicas por aplicación (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Longitud efectiva de la hoja Como la vertedera está normalmente formando un ángulo cuando se está moviendo material, debe calcularse la longitud efectiva de la hoja teniendo en cuenta este ángulo. El resultado es el ancho real de material barrido por la vertedera. Nota: Los ángulos se miden tal como se muestra en la ilustración. La longitud efectiva se reduce a medida que el ángulo aumenta.

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Fig.58. Ángulo de la vertedera para el cálculo de producción.

Longitud de la vertedera

Longitud efectiva m (pies)

Longitud efectiva m (pies)

m (pies)

Ángulo de la hoja 30°

Ángulo de la hoja 45°

3.658 (12)

3.17 (10.4)

2.59 (8.5)

3.962 (13)

3.43 (11.3)

2.80 (9.2)

4.267 (14)

3.70 (12.1)

3.02 (9.9)

4.877 (16)

4.22 (13.9)

3.45 (11.3)

7.315 (24)

6.33 (20.8)

5.17 (17.0)

Para otras longitudes de hoja y otros ángulos: Longitud efectiva = Longitud de la hoja x COS[ángulo de la vertedera]

Tabla 9. Longitud efectiva de la hoja según el ángulo 30° - 45° (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Ancho de superposición: El ancho de superposición es generalmente 0.6 m (2 pies). Esta superposición es para mantener los neumáticos fuera de los camellones en la pasada de retorno. Eficiencia del Trabajo: La eficiencia del trabajo varía según las condiciones de trabajo, la habilidad del operador, etc. Una buena estimación de la eficiencia del trabajo es aproximadamente de 0.70 a 0.85, pero habrá que tener en cuenta las condiciones reales de operación para determinar el valor más apropiado.

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Ejemplo: Una motoniveladora 140 H con una vertedera de 3.66 m (12 pies) está haciendo trabajo de mantenimiento de una carretera. La máquina trabaja a una velocidad media de 13 km/h (8 mph) con un ángulo de transporte de la vertedera de 30°. ¿Cuál es la producción de la motoniveladora en función del área cubierta? Nota: Como en el trabajo de mantenimiento de carreteras se dan pasadas largas (menos vueltas), se ha elegido una eficiencia de trabajo más alta (0.90).

Solución: De la tabla, la longitud efectiva de la vertedera es de 3.17 m (10.4 pies). Producción, A = 13 km/h x (3.17 m – 0.6 m) x 1000 x 0.90 A = 30 069 m2/hora (3.07 hectáreas/hora).

Tabla 10. Longitud efectiva de la hoja según el ángulo de la vertedera (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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C. CARGADORES FRONTALES Y EXCAVADORAS (Palas cargadoras y excavadoras)

El rendimiento de estas máquinas viene dado por la fórmula:

Vc :

capacidad de la cuchara en m3.

Fe :

factor de eficacia de la máquina, entre 70 y 80%.

Fe´ :

factor de eficacia de la cuchara, que depende de la clase de terreno: Terreno flojo ……… 90-100% Terreno medio ……. 80-90% Terreno duro ……… 50-80%

Tc :

tiempo de duración del ciclo en segundos. Comprende la excavación el giro hasta la descarga, la descarga y el giro hasta origen. El tiempo del ciclo, con rotación de 90º es: Terreno flojo ……… 15-20 seg. Terreno medio ……. 20-25 seg. Terreno duro ……… 25-30 seg.

Para rotaciones mayores o menores, se sumarán o restarán 2 segundos por cada 10º (18 seg por 90º).

Una estimación media de lo que podría ser un ciclo-piloto de una pala cargadora, puede ser la siguiente:

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Excavación y carga …………………6 seg. Inversión marcha …………………... 1 seg. Retroceso cargada ………………… 3 seg. Giro ………………………………….. 1 seg. Parar ……………………………….... 1 seg. Descenso carga ……………………. 4 seg. Invertir marcha ……………………... 1 seg. Transporte …………………………....

L 3.6 12

Parar ……………………………….... 1 seg. Voltear carga ………………………. 4 seg. Invertir marcha ……………………... 1 seg. Retroceder …………………………...2 seg. Giro ……………………………………1 seg. Avance frente ………………………..

L 3.6 20

Parar …………………………………..1 seg. _______________________

CARGA DE CAMIONES (Cargadores Frontales) Promedios de los ciclos del cargador 914G - 962H

0.45 – 0.50 min

966H – 980H

0.50 – 0.55 min

988G – 990

0.55 – 0.60 min

992G – 994D

0.60 – 0.70 min

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FACTORES DE LLENADO DEL CUCHARÓN (cargadores frontales) Material Suelto

Factor de llenado

Agregados húmedos mezclados

95 – 100 %

Agregados uniformes hasta de 3 mm (1/8”)

95 – 100 %

De 3 a 9 mm (1/8 a 3/8”)

90 – 95 %

De 12 a 20 mm (1/2 a 3/4”)

85 – 90 %

De 24 mm (1”) y más grandes

85 – 90 %

Roca de voladura Bien fragmentada

80 – 95 %

De fragmentación mediana

75 – 90 %

Mal fragmentada

60 – 75 %

Varios Mezcla de tierra y roca

100 – 120 %

Limo húmedo

100 – 110 %

Suelo, piedras, raíces

80 – 100 %

Materiales cementados

85 – 95 %

Tabla 11. Factores de llenado del cucharón (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Fig.59. Selección de cucharones – Caso para un cargador CAT 950 H (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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Fig.60. Tiempo de viaje - Cargado para un cargador CAT 966 H (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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Fig.61. Tiempo de viaje - Vacío para un cargador CAT 966 H (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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Tabla 12-A. Estimación de la producción según tamaño del cucharón- cargadores de ruedas (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

Tabla 12-B. Estimación de la producción según tamaño del cucharón- cargadores de ruedas (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

El uso de estos cuadros es de la siguiente manera: 1. Se ubica el tamaño del cucharón en la parte superior del cuadro (en m3); 2. Se baja verticalmente hasta la fila correspondiente al tiempo de ciclo en min. (al lado izquierdo del cuadro); 3. El valor obtenido es la producción en m3 /hora.

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D. CAMIONES Las cajas de los camiones Las medidas de capacidad generalmente suponen una carga enrasada con un tablón que se hace descansar en los dos costados y se mueve de adelante hacia atrás. El ciclo de trabajo de un camión se puede desglosar de la forma siguiente: - Salida de la zona de carga. - Transporte cargado. - Descarga. - Maniobra de salida de la zona de descarga. - Transporte vacío (retorno). - Maniobras hasta posición de carga. - Carga. Para evaluar los tiempos de transporte, las especificaciones técnicas de cada vehículo, permite estimar la velocidad, en las dos situaciones diferentes: cargado y vacío. Las otras actividades complementarias se estiman con criterios lógicos basados en la experiencia. La carga depende del sistema que se utilice. La producción obtenida para la pala, marca la producción. Interesa cargar al o camión con un número entero de paladas. El rendimiento de la maquinaria de transporte viene dado por la fórmula siguiente:

Vc :

capacidad de la caja en m3 o t.

Fe :

capacidad de eficacia de la máquina, siendo función del conductor y estado de la misma, tipo de tierras a transportar y estado del terreno. Varía entre el 70 y 80%.

Tc :

tiempo del ciclo en minutos. Suma del tiempo fijo (carga, descarga y maniobra) y del tiempo variable (marcha).

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La unidad de transporte de tierras se mide y abona por metros cúbicos de tierras realmente transportados, es decir, de tierras esponjadas.

Un estudio general más completo lleva a considerar el conjunto pala camión de la siguiente forma:

- Ciclo de la pala:

tp seg.

- Carga de una palada:

Cp m3 banco.

- Número de paladas:

N

Cc Cp

Cc es la capacidad del camión en “banco”. 1 m3 banco ------------------- δ m3 camión

Cc 

Vcamión 

- Tiempo de carga:

tc = N·tp

- Ciclo camión:

Tc

- Número de camiones:

n

Tc N .tp

Como se aprecia, es de gran interés la calificación del volumen final que se considere: banco/camión.

Si no se dispone de mejores datos, se pueden utilizar los siguientes valores:

Tabla 13. Calificación del volumen final (Cherné, González, 2006).

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E. EXCAVADORAS (Igual que para cargador frontal).

El ciclo de excavación de la excavadora consta de cuatro partes: 1. Carga del cucharón. 2. Giro con carga. 3. Descarga del cucharón. 4. Giro sin carga.

En la siguiente tabla se indican los tiempos típicos de ciclo conforme a la experiencia con excavadoras Caterpillar 

Sin obstáculos en la ruta de circulación



Condiciones de trabajo más que favorables



Un operador con habilidad normal



Ángulo de giro de 60° a 90°

Estos ciclos se reducen al mejorar las condiciones del trabajo o la habilidad del operador, y aumentan si las condiciones se tornan desfavorables.

Tabla 14 - A. Caculo de los tiempos de ciclo (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

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Tabla 14 - B. Caculo de los tiempos de ciclo (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En las tablas anteriores se puede calcular los tiempos de ciclo de la siguiente manera: 1. Se ubica el modelo del equipo utilizado en el carguío en la parte superior del cuadro; 2. El tiempo total del ciclo se obtiene en la última fila del cuadro (parte inferior) como una sumatoria de las diferentes fases del ciclo.

Tabla 15. Cálculo de tiempos de ciclo según tamaño de máquina y las condiciones de la obra (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En la tabla anterior se puede calcular el tiempos de ciclo de la siguiente manera: 1. Se ubica el modelo del equipo utilizado en el carguío en la parte superior del cuadro; 2. El tiempo del ciclo se obtiene según las condiciones de la obra existente (ver la siguiente página) al lado derecho e izquierdo del cuadro.

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Tiempos de ciclo vs. las condiciones de la obra. -

Fácil de excavar (tierra suelta, arena, limpieza de zanjas, etc.). Excava a una profundidad menor del 40% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es menor de 30°. Descarga en la pila o en camión en el área de excavación. No hay obstáculos. Operador con buena habilidad.

-

No tan fácil de excavar (Tierra compactada, arcilla seca y dura, tierra con menos de 25% de roca). Excava a una profundidad de hasta el 50% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es de hasta 60°. Pila de descarga grande. Pocos obstáculos.

-

Excavación entre mediana y difícil (suelo duro compactado hasta con 50% de roca). Excava a una profundidad de hasta el 70% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es de hasta 90°. Los camiones de acarreo se cargan cerca de la excavadora.

-

Difícil de excavar (roca de voladura o suelo duro con hasta 75% de roca). Excava a una profundidad

de hasta el 90% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es de hasta 120°. Zanjas reforzadas. Área de descarga pequeña. Hay que trabajar con cuidado por el personal en la zanja que tiende tubos. -

La excavación más difícil (arenisca, piedra caliza, caliche, pizarra bituminosa, suelo congelado). Excava a una profundidad de más del 90% de la capacidad máxima de la máquina. El ángulo de giro es mayor de 120°. Carga de cucharón en alcantarillas. Descarga en un área pequeña y alejada de la máquina lo que requiere el alcance máximo de ésta. Hay gente y obstáculos en el área de trabajo. Con un cucharón más grande, un brazo más corto y un tren de rodaje largo, su excavadora podrá frecuentemente hacer el trabajo de una máquina más grande. Con un brazo más largo y un tren de rodaje estándar se convierte en la máquina ideal para cargar camiones que circulan por carretera y para trabajos generales de construcción.

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CÓMO AUMENTAR AL MÁXIMO LA PRODUCCIÓN CON UNA EXCAVADORA DE GRAN VOLUMEN Altura del banco y distancia al camión ideales.- Cuando el material es estable, la altura del banco debe ser aproximadamente igual a la longitud del brazo. Si el material es inestable, la altura del banco debe ser menor. La posición ideal del camión es con la pared cercana de la caja del camión situada debajo del pasador de la articulación de la pluma con el brazo. Zona de trabajo y ángulo de giro óptimos.Para obtener la máxima producción, la zona de trabajo debe estar limitada a 15° a cada lado

del

centro

de

la

máquina

o

aproximadamente igual al ancho del tren de rodaje. Los camiones deben colocarse tan cerca como sea posible de la línea central de la

máquina.

La

ilustración

muestra

dos

alternativas posibles. Distancia ideal del borde.- La máquina debe colocarse de forma que el brazo esté vertical cuando el cucharón alcanza su carga máxima. Si la máquina se encuentra a una distancia mayor,

se

reduce

la

fuerza

de

desprendimiento. Si se encuentra más cerca del borde, se perderá tiempo al sacar el brazo. El operador debe comenzar a levantar la pluma cuando el cucharon haya recorrido el 75% de su arco de plegado. En ese momento el brazo estará muy cerca de la vertical.

Este ejemplo representa una situación ideal. En una obra determinada no es posible seguir todos los puntos considerados, pero si se siguen estos conceptos el efecto sobre la producción será muy positivo.

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F. COMPACTADORES DE SUELOS La producción de un compactador se indica en metros cúbicos compactados por hora (m3c). El material en su estado natural (en banco) se mide en metros cúbicos en banco (m3b), Cuando se extrae o se pone en el relleno, se mide en metros cúbicos sueltos (m3s). Después de apisonar el material suelto, la relación entre material compactado y material en banco se denomina factor de compresibilidad (FC). FC =

Metros cúbi cos compactado s(m3c) Metros cúbi cos en banco(m3b)

En la industria de la construcción se ha desarrollado la siguiente fórmula para estimar la producción de un compactador. Esta fórmula proporciona el volumen de material que una máquina determinada puede compactar en 60 minutos. m3c/h =

A xV x C P

A

=

ancho en m. de compactación por pasada.

V

=

promedio de velocidad en km/h.

C

=

espesor en milímetros de la capa apisonada.

P

=

número de pasadas de la máquina para obtener la compactación especificada. (sólo puede hallarse comprobando en la obra la densidad del material compactado.)

Problema: Determine la producción de un 815F que trabaja en las condiciones siguientes: P= 5, V = 10 km/h, C= 100 mm Consulte la sección correspondiente al 815F en la tabla siguiente. Descienda por la primera columna hasta la zona de 5 pasadas. En la segunda columna de esta zona, halle la velocidad más próxima a 10 km/h. Avance por esta línea hasta la capa apisonada de 100 m. Lea el valor de producción que aparece.

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Solución: 377 m3c/h. (Puesto que la velocidad de 10 km/h de la máquina es ligeramente mayor que la de 9.5 en la tabla, debe hacerse una interpolación a fin de hallar el rendimiento a un nivel ligeramente más alto, o sea 395 m3c/h.

Tabla 15. Tabla de producción – Compactadores de suelos (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En la tabla anterior se puede calcular la producción de los compactadores de suelos de la siguiente manera: 1. Se ubica el modelo del equipo utilizado y el número de pasadas de la máquina al lado izquierdo de la tabla (primera columna); 2. Según la velocidad media (segunda columna) y el espesor de la capa (de la tercera a la sexta columna) se obtiene la producción del compactador en m3/h.

OTRO MÉTODO:

V:

velocidad en Km/h. Depende del material y pericia del conductor.

a:

ancho útil del rodillo en m.

h:

espesor de la capa inicial a consolidar en m.

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Fe :

factor de eficacia de la máquina. Entre 70 y 80 %.

Ct :

coeficiente de transformación. Para transformar el material esponjado en material compactado.

N:

número de pasadas de la máquina. Depende de la propia máquina, del tipo de material, del grado de compactación a conseguir y de la pericia del conductor.

G. COMPACTADORES VIBRATORIOS Las tablas en esta sección indican los cálculos de producción suponiendo las siguientes condiciones: Velocidad nominal de desplazamiento de la máquina: 6.4 km/h (4.0 mph) Ancho de superposición de compactación:

: 15.2 cm (6”)

Los valores en la tabla dan valores de producción representativos para tres condiciones frecuentes en contrucción: zanjas, carreteras, y áreas abiertas (> 15 m o 50 pies).

Tabla 16. Cálculos de producción – Compactadores vibratorios – un tambor (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En la tabla anterior se puede calcular la producción de los compactadores vibratorios de la siguiente manera: 1. Se ubica el modelo del equipo utilizado al lado izquierdo de la

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tabla (primera columna); 2. Según el ancho del tambor (segunda columna), el espesor de la capa (tercera columna), el número de pasadas (cuarta columna) y según la condición de construcción: zanja, bases de carretera y áreas abiertas (quinta columna) se obtiene la producción del compactador vibratorio en m3/h.

Como ajustar el cálculo de producción Si las condiciones supuestas en la tabla anterior no se acercan a las condiciones reales, debe corregirse el cálculo de producción de la tabla para tener en cuenta las condiciones “reales” aplicando factores de ajuste: Q (real) = Q (supuesto) x Fs x Ft x Fp

Donde:

Q (real)

=

Q (supuesto) =

productividad ajustada productividad de la tabla basada en las condiciones supuestas.

Fs = ajuste por la velocidad de la máquina Ft =

ajuste por el espesor de la capa

Fp = ajuste por el número de pasadas

Los factores de ajuste se determinan comparando las condiciones “reales” y las condiciones “supuestas”:

Fs = velocidad real/velocidad supuesta Ft =

espesor real/espesor supuesto

Fp = pasadas reales/pasadas supuestas

Ejemplo: Condiciones reales: Se está realizando un trabajo de agregado de base de 9.15 m (el ancho total de la carretera) con un espesor compactado de 15 cm. Se utiliza un CS-433E trabajando a 4.0 km/h que hace 6 pasadas para conseguir la compactación deseada. El rodillo sobrepone las pasadas 15 cm (6”).

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Para una base de carretera de 9.15 m, la tabla da una productividad del CS-433E de 249 m3/h. Como la velocidad, el espesor y el número de pasadas reales son diferentes de las condiciones supuestas, debemos ajustar este cálculo.

Supuesto

Real

Velocidad

6.4 km/h

4.0km/h

Espesor

10.2 cm

15 cm

Pasadas

4 pasadas

6 pasadas

Fs = 4.0 km/h / 6.4 km/h = 0.6

Ft = 15 cm / 10.2 cm = 1.5

Fp = 4 pasadas / 6 pasadas = 0.7

La producción calculada se ajusta utilizando estos factores:

Q (real) = 249 m3/h x 0.6 x 1.5 x 0.7 = 178 m3/h.

Nota: Los cálculos de producción deben ajustarse aún más si la longitud de los ciclos de compactación es menor que 75 m. Consulte la tabla de eficiencia de la velocidad de desplazamiento para determinar el factor de eficiencia ETS. Por ejemplo, un compactador desplazándose a 6.4 km/h (4 mph) y trabajando ciclos de 150 pies de longitud tiene un factor E TS de 0.96 Multiplique Q (real) por ETS.

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OTRO MÉTODO: (igual que compactadores de suelos)

V:

velocidad en Km/h. Depende del material y pericia del conductor.

a:

ancho útil del rodillo en m.

h:

espesor de la capa inicial a consolidar en m.

Fe :

factor de eficacia de la máquina. Entre 70 y 80 %.

Ct :

coeficiente de transformación. Para transformar el material esponjado en material compactado.

N:

número de pasadas de la máquina. Depende de la propia máquina, del tipo de material, del grado de compactación a conseguir y de la pericia del conductor.

H. MARTILLOS HIDRÁULICOS

Tabla 17. Productividad – martillos hidráulicos (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En la tabla anterior se puede calcular la producción de los martillos hidráulicos de la siguiente manera: 1. Se ubica el modelo del martillo utilizado al lado izquierdo de la tabla (primera columna); 2. Según el tipo de material a fracturar (desde la segunda a la quinta columna) se obtiene la producción de martillo hidráulico en m3/8 horas.

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Fig.61. Productividad: Ruptura primaria – martillos hidráulicos (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En la gráfica anterior se puede calcular la producción de los martillos hidráulicos de la siguiente manera: 1. Se ubica la curva correspondiente al modelo del martillo utilizado al lado derecho de la gráfica; 2. Interceptamos esta curva con las líneas verticales que corresponden a los diferentes tipos de material a fracturar; 3. Finalmente y con una línea horizontal interceptamos la escala vertical al lado izquierdo de la gráfica obtiendose así la producción de martillo hidráulico en m3/8 horas.

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Fig.62. Productividad: rotura de rocas – martillos hidráulicos (manual de rendimiento Caterpillar, 2007).

En las gráficas anteriores se puede calcular la producción de los martillos hidráulicos de la siguiente manera: 1. Se ubica la gráfica correspondiente al modelo del martillo utilizado; 2. En esta gráfica se ubica en la escala horizontal (parte inferior) el tamaño de las rocas a fracturar en m3; 3. Con el tamaño de las rocas subimos verticalmente hasta interceptar la gráfica según corresponda a la dureza del material; 4. Finalmente y con una línea horizontal interceptamos la escala vertical al lado izquierdo de la gráfica obtiendose así el número de rocas por hora que podemos fracturar.

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4.4

PANEL FOTOGRÁFICO

Fotografía 1: Trabajos de Despalme con 2 tractores D6R – Toe Berm.

Fotografía 2: Trabajos de Lastrado de vía con 1 tractor CAT D10T, 1 rodillo liso Bomag, camiones CAT 785C – Haul Road 2.

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Fotografía 3: Conformación de plataformas para perforación con 2 tractores CAT D10T – Cantera Faciliades.

Fotografía 4: Empuje y conformación de relleno con 1 tractor CAT D10T, volquetes Scania – Presa de Relaves las Gordas.

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Fotografía 5: Corte y empuje de material de baja ley con 1 tractor CAT D10T – Pit Este.

Fotografía 6: Mantenimiento de vías – Limpieza de sedimento con 1 Motoniveladora CAT 16H – Haul Road 1.

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Fotografía 7: Mantenimiento de vías – Conformación con 1 Motoniveladora CAT 16H – Haul Road 2.

Fotografía 8: Carguío de camiones CAT 785C con 1 Excavadora CAT 365C Abastecimiento de Material con 1 Tractor CAT D10R – Cantera Facilidades.

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Fotografía 9: Conformación de bermas de contención con 1 Excavadora Komatsu PC 300 – Haul Road 1.

Fotografía 10: Despalme (Stripping de Top Soil) con Excavadoras CAT 325 – Komatsu PC 220 – Botadero de Sulfuros.

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Fotografía 11: Limpieza de talud a nivel de fundación; Carguío de material inadecuado con 1 excavadora Komatsu PC 300 – Presa de Relaves Las Gordas.

Fotografía 12: Excavación de pozas para almacenamiento de agua con 1 excavadora CAT 330D – Planta de Chancado Reinsa II.

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Fotografía 13: Apertura y perfilado de vías – Trabajos a media Ladera – Presa de Relaves Las Gordas.

Fotografía 14: Corte y peinado de taludes con 1 excavadora Komatsu PC 300 – Facilidades de Operación.

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Fotografía 15: Excavadora Brazo Largo Komatsu PC 220.

Figura 16: Secuencia de cortes con excavadora - pala.

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Fotografía 17: Carguío de camiones CAT 785 C con Pala O&K RH 120 E – Cantera Facilidades.

Fotografía 18: Carguío de camiones CAT 785 C con Pala O&K RH 120 E Carguío de volquetes con excavadoras CAT 330 C, abastecimiento de material con 1 tractor CAT D10 R – Cantera Facilidades.

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Fotografía 19: Limpieza de cunetas con 1 retroexcavadora CAT 420 E – Camino 557.

Fotografía 20: Excavación de zanjas con 1 retroexcavadora CAT 420 E – Planta de chancado Reinsa II.

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Fotografía 21: Carguío de camiones CAT 785 C con Excavadoras CAT 365 C y CAT 330 D; carguío de camiones CAT 785 C con cargador frontal CAT 994F Acarreo con camiones CAT 785 C y mantenimiento de vías con Motoniveladora CAT 16H – Área de Operaciones - Cantera Facilidades.

Fotografía 22: Descarga camiones CAT 785 C – Haul Road 1.

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Fotografía 23: Carguío de camiones CAT 785 C con 1 cargador frontal CAT 994F Cantera Facilidades.

Fotografía 24: Carguío con 1 cargador frontal CAT 988 H.

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Fotografía 25: Carguío de volquetes con 1 cargador frontal CAT 966 H – Plataforma de acopio Rom Pad.

Figura 26: Pilas de almacenamiento hechas con volquetes/camiones - cargador frontal y con tractor.

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Fotografía 27: Pilas de almacenamiento filtro Zona 3 y Zona 4 hechas con cargador frontal CAT 966H – Plataforma de acopio Gold Fields 1.

Fotografía 28: Compactación de arcillas con compactadores de suelos CAT 825 C Presa de Relaves Las Gordas.

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Fotografía 29: Compactación de relleno con 1 rodillo liso Bomag BW 219 DH – Plataforma de acopio en el Botadero de óxidos.

Fotografía 30: Compactación de relleno con 1 rodillo liso Bomag BW 219 DH – Relleno Estructural – Rom Pad.

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Fotografía 31: Compactación de vía con 1 rodillo liso CAT CS 533 E – Camino 557.

Fotografía 32: Fraccionamiento de rocas con 1 Excavadora Samsung – Rom Pad.

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Fotografía 33: Perfilado de talud y banquetas con excavadora martillo Hyundai – Rom Pad.

Fotografía 34: Perfilado de taludes con excavadoras martillo Samsung – Rom Pad.

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Fotografía 35: Rellenos Estructurales con retroexcavadora CAT 420E y con Minicargador CAT 246B – Plant Site.

Fotografía 36: Limpieza de partículas acumuladas propias del chancado de materiales con Minicargador CAT 246B – Planta de chancado Reinsa II.

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4.5

EJEMPLO PARA EL CÁLCULO DEL COSTO HORARIO DE OPERACIÓN TRACTOR D8R - CARGADOR FRONTAL 966H.

SEGUROS E IMPUESTOS IMPUESTOS PRIMA SEG.

0.5 % ANUAL 1.03 % ANUAL

TRACTOR D8R EQUIPO VIDA UTIL VIDA UTIL TASA COSTO

TRACTOR CAT D8R 18,000 5 15 395,000

HRS AÑOS % US $

79000.00

CÁLCULO DE INTERÉS AÑO

COSTO

1 2 3 4 5

395,000.00 316,000.00 237,000.00 158,000.00 79,000.00

PAGOS MES

INTERESES

-35,652.03 -28,521.63 -21,391.22 -14,260.81 -7,130.41

-32,824.40 -26,259.52 -19,694.64 -13,129.76 -6,564.88

1975.00 1580.00 1185.00 790.00 395.00

0.23 0.18 0.14 0.09 0.05

-98,473.20

5,925.00

0.68

PAGO INTERES TOTAL

IMPUESTOS SEGUROS

CARGAFOR FRONTAL 966H EQUIPO VIDA UTIL VIDA UTIL TASA COSTO

CARGADOR 966F 20,000 6 15 259,000

HRS AÑOS % US $

43166.67

CÁLCULO DE INTERÉS AÑO

COSTO

1 2 3 4 5 6

259,000.00 215,833.33 172,666.67 129,500.00 86,333.33 43,166.67 PAGO INTERES TOTAL

Bach. Julio César Marín Zamora

PAGOS MES

INTERESES

-23,376.90 -19,480.75 -15,584.60 -11,688.45 -7,792.30 -3,896.15

-21,522.83 -17,935.70 -14,348.56 -10,761.42 -7,174.28 -3,587.14

IMPUESTOS SEGUROS 1295.00 1079.17 863.33 647.50 431.67 215.83

0.13 0.11 0.09 0.07 0.04 0.02

-75,329.92

4,532.50

0.47

111

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

4.5.1 CÁLCULO DE LA TARIFA HORARIA – TRACTOR D8R CALCULO DE TARIFA HORARIA TRACTOR D8R

EQUIPO: TASA DE INTERES:

15

HORAS VIDA UTIL:

18000

HRAS

5

AÑOS

TIEMPO DE POSESION:

% ANUAL

PRIMA SEGURO:

1.03

% ANUAL

IMPUESTOS:

0.50

% ANUAL

COSTO DE POSESION A. PRECIO DE ENTREGA

395,000.00

B. C. D. E. F.

395,000.00 21.94 5.47 0.68 0.33

VALOR A RECOBRAR MEDIANTE-TRABAJO COSTO POR HORA COSTO POR INTERES SEGUROS IMPUESTOS

COSTO TOTAL POR HORA DE POSESION

US$

28.42

FACTOR INCIDENCIA 23.91 5.96 0.74 0.36

F.I.

% % % %

30.97 %

COSTOS DE OPERACION A. B. C. D. E.

COMBUSTIBLE

14.10

15.36 %

0.94

1.03 %

CADENAS + ELEMENTOS DE DESGASTE

15.40

16.78 %

REPUESTOS Y MANTENIMIENTO

11.62

12.66 %

LUBRICANTES Y GRASAS

OPERADOR

6.00

6.54 %

COSTO TOTAL POR HORA DE OPERACION

US$

48.07

F.I.

52.37 %

TOTAL COSTO DE OPERACION Y POSESION

US$

76.49

F.I.

83.33 %

7.65 7.65

F.I. F.I.

8.33 % 8.33 %

91.79

F.I.

100.00 %

GASTOS GENERALES UTILIDAD

10 % 10 %

COSTO TOTAL U$ / HORA

Bach. Julio César Marín Zamora

112

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

A. COMBUSTIBLE: ELEMENTO COMBUSTIBLE

UND GAL

CANT 10.00

PRE.UNI.

COSTO

1.41

14.10

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 1

14.10

COSTO POR HORA (US $ / HR)

B.

14.10

F.I. 15.36%

15.36%

LUBRICANTES: 1. CAMBIO A 250 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA UND

CANT

250 HRAS PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

FILTRO DE PETROLEO

UND

1.00

17.00

17.00

250

0.07

0.07%

FILTRO DE ACEITE

UND

1.00

23.00

23.00

250

0.09

0.10%

ACEITE

GAL

10.00

3.70

37.00

250

0.15

0.16%

%

0.20

0.31

0.06

0.06

0.07%

0.37

0.40%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR) 2. CAMBIO A 1000 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA UND

CANT

1000 HRAS PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

FILTRO DE TRANSMISION

UND

1.00

44.45

44.45

1000

0.04

0.05%

ACEITE

GAL

49.00

3.67

179.83

1000

0.18

0.20%

%

0.20

0.22

0.04

0.04

0.05%

0.27

0.29%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR) 3. CAMBIO A 2000 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA UND

CANT

2000 HRAS PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

FILTRO HIDRAULICO

UND

1.00

44.45

44.45

2000

0.02

0.02%

ACEITE

GAL

26.00

3.51

91.26

2000

0.05

0.05%

ACEITE DE MANDOS FINALES

GAL

8.00

4.19

33.52

2000

0.02

0.02%

FILTRO DE AIRE PRIMARIO

UND

1.00

68.63

68.63

2000

0.03

0.04%

FILTRO DE AIRE SECUNDARIO

UND

1.00

41.53

41.53

2000

0.02

0.02%

%

0.20

0.14

0.03

0.03

0.03%

0.17

0.18%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR)

Bach. Julio César Marín Zamora

113

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

4. GRASAS

FRECUENCIA ELEMENTO

GRASAS + GRASERAS

UND

CANT

50 HRAS/SEMAN. PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

UND

3.00

1.50

4.50

50

0.09

0.10%

%

0.50

4.50

2.25

50

0.05

0.05%

COSTO POR HORA (US $ / HR)

0.14

0.15%

TOTAL LUBRICANTES Y GRASAS

0.94

MANO DE OBRA

1.03%

C. SISTEMA DE RODAMIENTO + ELEMENTOS DE DESGASTE 1. ELEMENTOS DE DESGASTE UND.

CANT.

CUCHILLA CENTRAL

ELEMENTO

UND

1

300.00

300.00

900

0.33

0.36%

CUCHILLA LATERAL

UND

2

200.00

400.00

450

0.89

0.97%

CANTONERA DERECHA SUPER

UND

1

390.00

390.00

450

0.87

0.94%

CANTONERA IZQUIERDA SUPER

UND

1

390.00

390.00

450

0.87

0.94%

PERNO DE CUCHILLAS

UND

19

3.28

62.32

450

0.14

0.15%

PERNO DE CANTONERA

UND

14

2.69

37.66

450

0.08

0.09%

TUERCAS CUCHILLAS

UND

33

1.00

33.00

450

0.07

0.08%

UÑAS DE RIPPER

UND

1

170.74

170.74

450

0.38

0.41%

PIN PARA PUNTA

UND

1

10.27

10.27

450

0.02

0.02%

SEGURO PARA PUNTA

UND

1

10.27

10.27

450

0.02

0.02%

PROTECTOR DE RIPPER PLANCHA Y SOLDADURA LAMPON/BASTIDOR

UND

1

457.37

457.37

450

1.02

1.11%

GLB

1

2400.00

2400.00

1500

1.60

1.74%

%

0.20

6.29

1.26

1.26

1.37%

7.55

8.23%

MANO DE OBRA

PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

COSTO POR HORA (US $ / HR)

F.I.

2. SISTEMA DE RODAMIENTO ELEMENTO CADENAS

Bach. Julio César Marín Zamora

UND.

CANT.

UND

2

PRE.UNI. 6294.12

COSTO 12588.24

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 4500

2.80

F.I. 3.05%

114

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

GRUPO DE SEGMENTOS

UND

1

305.00

305.00

4500

0.07

0.07%

RODILLO INFERIOR SIMPLE

UND

8

465.46

3723.68

9000

0.41

0.45%

RODILLO INFERIOR DOBLE

UND

8

477.74

3821.92

9000

0.42

0.46%

RUEDA GUIA CON EJE

UND

4

1922.94

7691.76

4500

1.71

1.86%

ZAPATAS

UND

88

52.79

4645.52

9000

0.52

0.56%

PERNO ZAPATAS

UND

352

1.76

619.52

2500

0.25

0.27%

TUERCA ZAPATAS

UND

352

1.97

693.44

2500

0.28

0.30%

PERNO MASTER

UND

8

7.62

60.96

4500

0.01

0.01%

PERNO SEGMENTO

UND

50

2.68

134.00

4500

0.03

0.03%

TUERCA SEGMENTO

UND

50

2.08

104.00

4500

0.02

0.03%

ARANDELA SEGMENTO

UND

50

1.93

96.50

4500

0.02

0.02%

%

0.20

6.54

1.31

1.31

1.43%

7.85

8.55%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR)

TOTAL SISTEMA DE RODAMIENTO + ELEMENTOS DE DESGASTE

15.40

16.78%

D. REPUESTOS Y MANTENIMIENTO 1. A LAS 5000 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA

5000 HRAS

UND

CANT.

REEMPLAZO DE TURBO

UND

1

2280.96

2280.96

5000

0.46

0.50%

INYECTORES

UND

6

250.00

1500.00

5000

0.30

0.33%

BOMBA DE AGUA

UND

1

372.43

372.43

5000

0.07

0.08%

OTROS REPUESTOS

JGO

1

11500.00

11500.00

5000

2.30

2.51%

%

0.20

3.13

0.63

0.63

0.68%

3.76

4.09%

MANO DE OBRA

PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

COSTO POR HORA (US $ / HR)

F.I.

2. OVERHAUL ELEMENTO

UND

CANT.

PRE.UNI.

OVERHAUL MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR)

TOTAL REPUESTOS Y MANTENIMIENTO

Bach. Julio César Marín Zamora

COSTO 59000.00

%

0.20

6.56

1.31

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 9000

F.I.

6.56

7.14%

1.31

1.43%

7.87

8.57%

11.62

12.66%

115

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

4.5.2 CÁLCULO DE LA TARIFA HORARIA – CARGADOR FRONTAL 966H CALCULO DE TARIFA HORARIA CARGADOR 966H

EQUIPO: TASA DE INTERES:

15

HORAS VIDA UTIL:

20000

TIEMPO DE POSESION:

6

% ANUAL HRAS AÑOS

PRIMA SEGURO:

1.03

% ANUAL

IMPUESTOS:

0.50

% ANUAL

COSTO DE POSESION

1. 2. 3. 4. 5.

PRECIO DE ENTREGA

259,000.00

VALOR A RECOBRAR MEDIANTE-TRABAJO COSTO POR HORA COSTO POR INTERES SEGUROS IMPUESTOS

259,000.00 12.95 3.77 0.47 0.23

COSTO TOTAL POR HORA DE POSESION

US$

17.41

FACTOR INCIDENCIA 23.06 6.71 0.83 0.40

F.I.

% % % %

31.00 %

COSTOS DE OPERACION A. B. C. D. E.

COMBUSTIBLE

8.46

LUBRICANTES Y GRASAS

0.83

15.07 % 1.49 %

LLANTAS + ELEMENTOS DE DESGASTE

8.44

15.04 %

REPUESTOS Y MANTENIMIENTO

5.65

10.06 %

OPERADOR

6.00

10.68 %

COSTO TOTAL POR HORA DE OPERACION

US$

29.39

F.I.

52.33 %

TOTAL COSTO DE OPERACION Y POSESION

US$

46.80

F.I.

83.33 %

4.68 4.68

F.I. F.I.

8.33 % 8.33 %

56.15

F.I.

100.00 %

GASTOS GENERALES UTILIDAD

10 % 10 %

COSTO TOTAL U$ / HORA

Bach. Julio César Marín Zamora

116

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

A. COMBUSTIBLE: ELEMENTO COMBUSTIBLE

UND GAL

CANT 6.00

PRE.UNI.

COSTO

1.41

8.46

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 1

8.46

8.46

COSTO POR HORA (US $ / HR)

F.I. 15.07%

15.07%

B. LUBRICANTES: 1. CAMBIO A 250 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA UND

CANT

250 HRAS PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

FILTRO DE PETROLEO

UND

1.00

11.72

11.72

250

0.05

0.08%

FILTRO DE ACEITE

UND

1.00

8.16

8.16

250

0.03

0.06%

ACEITE

GAL

7.30

3.69

26.94

250

0.11

0.19%

%

0.20

0.19

0.04

0.04

0.07%

0.22

0.40%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR) 2. CAMBIO A 1000 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA UND

CANT

1000 HRAS PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

FILTRO DE TRANSMISION

UND

1.00

44.89

44.89

1000

0.04

0.08%

ACEITE

GAL

15.30

4.04

61.81

1000

0.06

0.11%

%

0.20

0.11

0.02

0.02

0.04%

0.13

0.23%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR) 3. CAMBIO A 2000 HRS ELEMENTO

FRECUENCIA UND

CANT

2000 HRAS PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

FILTRO HIDRAULICO

UND

4.00

44.89

179.56

2000

0.09

0.16%

ACEITE

GAL

36.40

3.53

128.49

2000

0.06

0.11%

ACEITE DIFERENCIAL DELANTERO

GAL

8.00

4.04

32.32

2000

0.02

0.03%

ACEITE DIFERENCIAL POSTERIOR

GAL

8.00

4.04

32.32

2000

0.02

0.03%

FILTRO DE AIRE PRIMARIO

UND

1.00

83.71

83.71

2000

0.04

0.07%

FILTRO DE AIRE SECUNDARIO

UND

1.00

45.53

45.53

2000

0.02

0.04%

%

0.20

0.25

0.05

0.05

0.09%

0.30

0.54%

MANO DE OBRA COSTO POR HORA (US $ / HR)

Bach. Julio César Marín Zamora

117

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

4. GRASAS

FRECUENCIA ELEMENTO

GRASAS + GRASERAS

UND

CANT

4 VECES x SEMANA (50 HRAS) PRE.UNI.

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

F.I.

UND

4.00

1.50

6.00

50

0.12

0.21%

%

0.50

6.00

3.00

50

0.06

0.11%

COSTO POR HORA (US $ / HR)

0.18

0.32%

TOTAL LUBRICANTES Y GRASAS

0.83

MANO DE OBRA

1.49%

C. ELEMENTOS DE DESGASTE + LLANTAS 1. ELEMENTOS DE DESGASTE UND.

CANT.

UÑAS

ELEMENTO

UND

8

PRE.UNI. 70.00

COSTO 560.00

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 300

1.87

3.32%

ADAPTADORES

UND

8

180.00

1440.00

1500

0.96

1.71%

SEGUROS Y PINES

UND

8

16.50

132.00

300

0.44

0.78%

PLANCHAS Y SOLDADURA LAMPON

GLB

1

1200.00

1200.00

1000

1.20

2.14%

PINES Y BOCINAS

JGO

1

4620.00

4620.00

8000

0.58

1.03%

5.04

8.98%

COSTO POR HORA (US $ / HR)

F.I.

2. LLANTAS ELEMENTO L-3 MICHELLIN

UND.

CANT.

UND

4

PRE.UNI. 2550.00

COSTO 10200.00

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 3000

F.I.

3.40

6.05%

COSTO POR HORA (US $ / HR)

3.40

6.05%

TOTAL ELEMENTOS DE DESGASTE Y LLANTAS

8.44

15.04%

D. REPUESTOS Y MANTENIMIENTO 1. A LAS 5000 HRS ELEMENTO REEMPLAZO DE TURBO

Bach. Julio César Marín Zamora

FRECUENCIA UND

CANT.

UND

1

5000 HRAS PRE.UNI. 1969.00

COSTO 1969.00

DURACION(HRAS) COSTO/HRA 5000

0.39

F.I. 0.70%

118

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA - ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “MAQUINARIA PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS EN MINAS A TAJO ABIERTO”

INYECTORES

JGO

1

956.00

956.00

5000

0.19

0.34%

BOMBA DE AGUA

UND

1

104.00

104.00

5000

0.02

0.04%

OTROS REPUESTOS

JGO

1

8000.00

8000.00

5000

1.60

2.85%

2.21

0.44

0.44

0.79%

2.65

4.71%

MANO DE OBRA

%

0.20

COSTO POR HORA (US $ / HR) 2. OVERHAUL ELEMENTO

UND

CANT.

PRE.UNI.

OVERHAUL

COSTO

DURACION(HRAS) COSTO/HRA

42000.00

14000

F.I.

3.00

5.34%

COSTO POR HORA (US $ / HR)

3.00

5.34%

TOTAL REPUESTOS Y MANTENIMIENTO

5.65

10.06%

CUADRO RESUMEN DE COSTOS DE POSESION Y OPERACIÓN ( US$ / HRA )

EQUIPOS

COSTOS DE POSESION COSTO COSTO x SEG. IMP. COSTO T. COMB. x HORA INTERES POSESION

COSTOS DE OPERACIÓN LUBR. Y GRASAS

ELEM.

SISTEMA DE

DE DESGASTE

REP. Y

OVER OP.

RODAMIENTO MANTENIM. HAUL

COSTO T. OPERACIÓN

GASTOS

COSTO

GRALES. UTIL.

TOTAL US$ / HRA

10%

10%

TRACTOR D8R

21.94

5.47

0.68 0.33

28.42

14.10

0.94

7.55

7.85

3.76

7.87 6.00

48.07

7.65

7.65

91.79

CARG. FRONTAL 966F

12.95

3.77

0.47 0.23

17.41

8.46

0.83

5.04

3.40

2.65

3.00 6.00

29.39

4.68

4.68

56.15

NOTA: TARIFA POR HORA ( US$/HRA.) Fecha :30/05/98

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CAPÍTULO V:

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES 

El presente Informe Técnico es un trabajo de investigación bibliográfica complementado con la experiencia adquirida en la supervisión de campo de las diferentes actividades propias de movimiento de tierras.



Dentro de las actividades de movimiento de tierras en minas a tajo abierto tenemos la siguiente clasificación para los equipos: a) tractores de cadenas; b) motoniveladoras; c) excavadoras; d) palas frontales; e) retroexcavadoras cargadoras; f) camiones; g) volquetes; h)

compactadores

compactadores

de

suelos;

vibratorios;

k)

i)

cargadores

martillos

frontales;

hidráulicos

y

j) l)

minicargadores. 

Los principales tipos de maquinaria que se utilizan en nuestro medio son: MAQUINARIA UTILIZADA EN MOVIMIENTO DE TIERRAS

EQUIPO

Tractores

MARCA

CAT

KOMATSU

Motoniveladoras

CAT KOMATSU

Excavadoras

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CAT

MODELO D6G D6R D8N D8T D10R D10T D155AX 140H 16H GD655 320C 320CL 325BL 325DL 330BL 330CL 330DL 365C 385B

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HYUNDAI

PC220LC6 PC220LC8 PC300 PC300LC PC300LC7 PC350 PC350 LC7 EC340 EC360 360LC7

O&K

RH120E

CAT

420E

KOMATSU

WB146

CAT

KENWORTH

785B 785C 330M P124 P360 P380 P420 NL12 FM12 FM440 T-800

CAT

825C

KOMATSU

Excavadoras VOLVO

Palas Frontales Retroexcavadoras Cargadoras Camiones

KOMATSU SCANIA

Volquetes VOLVO

Compactador de Suelos Cargadores Frontales Compactadores Vibratorios

Martillos Hidráulicos "Excavadoras Martillo"

Minicargadores 

CAT SAMSUNG

966H 988H 994F 744H CS533E BW219DH SD100 SD150 PC200LC-8 PC300 PC300L PC300LC7 PC350LC 320CL MX255

CAT

246B

CAT JHON DEERE CAT BOMAG INGERSOLL RAND

KOMATSU

La maquinaria utilizada para el carguío de materiales son: excavadoras; palas hidráulicas; cargadores frontales; retroexcavadoras y minicargadores.

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

La maquinaria utilizada para el acarreo de materiales son: camiones; volquetes y ocasionalmente cargadores frontales.



La maquinaria utilizada para el empuje, nivelación y conformación de rellenos

son:

tractores

de

cadenas;

cargadores

frontales;

retroexcavadoras; minicargadores y ocasionalmente excavadoras. 

La maquinaria utilizada para el mantenimiento y conformación de vías, así como para los trabajos de acabado y refine son: motoniveladoras y rodillos lisos.



El despalme es la primera actividad que se realiza antes de iniciar cualquier trabajo en movimiento de tierras; la maquinaria utilizada son: excavadoras y tractores.



La maquinaria utilizada para la conformación y compactación de arcillas son: compactadores de suelos y rodillos patas de cabra.



Para lograr una mayor productividad, de la mano de la seguridad, en cualquiera de las actividades propias del movimiento de tierras es imprescindible contar con operadores capacitados y con experiencia.



La elección de los factores de corrección, en función de las condiciones de trabajo, para ajustar la producción teórica dada por los manuales es de forma subjetiva y requiere de mucha experiencia.



El análisis para el cálculo del costo horario de operación de los equipos considera el costo de la maquinaria recién comprada es decir nueva.

5.2 RECOMENDACIONES 

Se recomienda que, todo lo concerniente a maquinaria para movimiento de tierras sea dictado en el curso de construcciones, debido a la participación activa de los ingenieros civiles en los trabajos de minería.

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

Se recomienda que los ingenieros civiles profundicen estudios en maquinaria debido a que los costos de operación y mantenimiento deben ser optimizados para lograr la eficiencia en la ejecución de las obras.



Al utilizar los manuales y/o catálogos de maquinaria para estimar la producción, debe tenerse en cuenta que todos los datos se basan en un 100% de eficiencia en las operaciones, lo cual no es posible conseguir de forma continua, ni aun en condiciones óptimas. Por lo tanto, al utilizar los datos sobre operación y productividad, es necesario rectificar los resultados obtenidos de las tablas, usando factores adecuados a fin de compensar la menor eficiencia en la obra, la habilidad y experiencia del operador, las características del material, las condiciones de los caminos de acarreo, la altitud, y otros factores que puedan reducir la producción o el rendimiento en un trabajo determinado.



Como trabajo adicional se recomienda hacer el cálculo del costo horario de operación para los equipos que tienen largo tiempo de vida útil.

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CAPÍTULO VI: BIBLIOGRAFÍA 1. Biblioteca premium Encarta (2007). 2. Caterpillar (2007) Manual de Rendimiento Caterpillar. Editorial Caterpillar Inc. Peoria, Illinois, U.S.A. 3. Cherné, J – González, A (2006) Movimiento de Tierras, extraído el 13 de diciembre del 2007, de http://grupos.unican.es/gidai/asignaturas/CI/MMT.pdf 4. Costes, J (1975) Máquinas para Movimiento de Tierras. Editorial Técnicos Asociados S.A., Barcelona. 5. Nichols, H (1981) Movimiento de Tierras. Editorial Continental S.A., México. 6. Komatsu (2005) Specifications & Application HandBook. Japón. 7. Ramos, J (1995) El Equipo y sus Costos de Operación. Perú. 8. Revista Constructivo. Edición 64. Agosto-Setiembre 2008. 9. Revista Costos. Edición 166. Enero 2008. 10. Sociedad Nacional de Minería Petróleo y Energía, informe quincenal Abril 2007. 11. Internet:

http://www.cat.com http://www.komatsu.com

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CAPÍTULO VII: ANEXOS Se anexa un CD con la siguiente información: I. En un documento de word, los siguientes items: 1. Ejemplo de cálculo de producción en la obra. 2. Ejemplo de cálculo de producción con fórmulas. 3. Selección de una máquina – caso para un cargador frontal. a. Método para seleccionar el cucharón de tamaño adecuado. b. Método alternativo de selección de una máquina usando nomogramas. 4. Como seleccionar una excavadora de gran volumen. 5. Producción de apertura de zanjas con excavadora. a. Cálculo del tamaño del cucharón usando nomogramas. b. Volumen de excavación por metro de longitud de zanja. c. Producción de apertura de zanjas y tendido de tubos. 6. Tabla 1: Vida económica útil de los equipos de construcción. 7. Tabla 2: Consumo de combustible, lubricante y grasa. 8. Tabla 3: Vida útil de llantas. 9. Tabla 4: Expansión, vacíos y factores de carga. 10. Tabla 5: Peso de los materiales en estado suelto y en banco – factores de carga. 11. Tabla 6: Reducción de potencia debida a la altitud. 12. Tabla 7: Comparación de pendientes: grados – porcentaje pendiente. 13. Tabla 8: Rendimiento de tractor en la costa (a nivel del mar). 14. Tabla 9: Rendimiento de tractor en la sierra (hasta 2300 m.s.n.m.). 15. Tabla 10: Rendimiento de tractor en la sierra (entre 2300-3800 m.s.n.m.). 16. Tabla 11: Rendimiento de tractor en la sierra (más de 3800 m.s.n.m.). 17. Tabla 12: Rendimiento de tractor en la selva. 18. Tabla 13: Relación típica compresora – martillo. 19. Tabla 14: Rendimientos standard de cargador frontal. 20. Tabla 15: Rendimientos standard de retroexcavadora.

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21. Tabla 16: Rendimientos standard de motoniveladora. 22. Tabla 17: Rendimientos standard de rodillos. 23. Tabla 18: Costo referencial de posesión y operación de equipo mecánico del MTC- diciembre 2008. 24. Tabla 19: Precio base de mercado + plus pactado con la comunidad – Cerro Corona.

II. Una carpeta donde podremos encontrar algunos catálogos de los siguientes equipos:

1. Camiones. 2. Cargadores frontales. 3. Excavadoras. 4. Martillos. 5. Minicargadores. 6. Motoniveladoras. 7. Retroexcavadoras. 8. Rodillos. 9. Tractores.

III. En una carpeta los siguientes manuales: 1. Caterpillar Hand Book. 2. Komatsu Hand Book.

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