fundamentos de movimiento de tierras (1)

Curso básico de Movimiento de

tierras y Aplicación

Fundamentos de Movimientos de Tierras

Objetivo

• Rever los conceptos para estimar el rendimiento de una máquina o flota de máquinas

• Discutir los factores que afectan el desempeño de las máquinas

Conceptos Básicos

CONCEPTOS BÁSICOS

Conceptos Básicos

¿QUÉ ES MOVIMIENTO DE TIERRAS?

Movimientos de Tierras

• Son los movimientos de una parte de la superficie de la tierra, de un

lugar a otro, y en su nueva posición, crear una nueva forma y

condición física deseada al menor costo posible.

Proyecto Típico de Movimiento de Tierras

Preparación

del Banco

Requiere

Voladura ?

Ripeo o

Carga con

Exc./

Cargador

Acarreo

Requiere

Clasificación

?

Tendido -

Mezcla

Cribado y/o

Trituración

Compactación

PavimentaciónEdificación

Barrenación-

explosivos /

Voladura

Si

Si

No

No

Posición Original Nueva Posición

Distancia de

Acarreo

Menor Costo por HoraPosible

Máxima producción por HoraPosible

$/m3 =Mínimo Costo / h

Máxima Producción / h

m3

Concepto - Desempeño Ideal

100 m.

150 m.

1.500 m.

1.600 m

5.000 m

Sistemas de Acarreo en sus distancias mas económicas

Materiales

Rocas

Tierras

Mezclas

Características de los Materiales

• Las características y propiedades de los materiales afectan directamente

la producción y el desempeño de las máquinas.

GRANULOMETRIA DE LOS PRINCIPALES MATERIALES

Cantos Rodados : 76 mm y más

( 3 " )

Grava : de 3 mm a 76 mm

( 1/8 " a 3 " )

Arena : de 0,05 mm a 3 mm

( 0,002 " a 1/8 " )

Limo : de 0,005 mm a 0,05 mm

( 0,002 " a 0,0002 " )

Arcilla : menos de 0,005 mm

( menos de 0,0002 " )

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Características de los Materiales

GRANULOMETRIA DE LOS PRINCIPALES MATERIALES

Cantos Rodados : 76 mm y más

( 3 " )

Grava : de 3 mm a 76 mm

( 1/8 " a 3 " )

Arena : de 0,05 mm a 3 mm

( 0,002 " a 1/8 " )

Limo : de 0,005 mm a 0,05 mm

( 0,002 " a 0,0002 " )

Arcilla : menos de 0,005 mm

( menos de 0,0002 " )

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Características de los Materiales

Granular

no-cohesivo

Cohesivo

Suelos Cohesivos - Arcilla

• Absorbe agua

• Estructura Microscópica “plaquetas”

• La cantidad de agua es crítica para la compactación

• Importancia de la “manipulación” para compactar

ÍNDICE DE UMIDADE

Densidade

Máxima

Umidade

Ótima

Índice de UmidadeD

en

sid

ad

e S

ec

a

Propiedad de los Suelos

Físicas : Densidad, Granulometría, Contenido de Humedad...

Mecánicas: Resistencia, Deformación, Permeabilidad...

Tipos de Suelos & Compactación

Propiedad de los Suelos

• La principal propiedad que afecta el rendimiento de las máquinas:

• Densidad en Banco

- DENSIDAD

y Densidad Suelta

Características de los Materiales

Densidad

Es el peso del material por

unidad de volumen: kg/m3

Densidad en bancoEs el peso del material en su

estado natural: kg/m3 en banco

Densidad del material sueltoEs el peso del material fuera de su

estado natural: kg/m3 suelto

Compactado

Suelto

m3 en Banco

m3 Sueltom3 Compactado

Banco

Volumen del Material

ABULTAMIENTO

1 m31,2 m3

Banco

Suelto

VOLUMEN DEL MATERIAL.

m3 en Banco

m3 Suelto

Volumen del Material

Volumen del Material

1m3b 1,22m3s

Arcilla lecho

natural

Factor carga = .82

Abult. 22%

1,22 m3s X 0,82 = 1,0 m3b

1,0 m3b / 0,82 = 1.22 m3s

Abultamiento & Factor de Carga

FACTOR DE CONTRACIÓN CALCULA DIVIDIENDOSE LA DENSIDAD DEL

MATERIAL COMPACTADO POR SU DENSIDADE EN BANCO

FACTOR DE CONTRACCIÓN : SE CALCULA DIVIDIENDO LA DENSIDAD DEL MATERIAL COMPACTADO, ENTRE LA DENSIDAD DEL METRO CUBICO BANCO.

KG. / M3. COMPACTADO.FACTOR DE CONTRACCIÓN = ----------------------------------- KG. / M3. BANCO.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

kg / m3 COMPACTADOFACTOR DE CONTRACIÓN =

kg / m3 BANCO

Volumen del Material

1m3 1,2m3

?

Abultamiento & Compactación

Pregunta

En banco, cuál la diferencia de peso entre la arena mojada y la

arena seca?

Pregunta

Arena mojada = 2080 kg/m3b

Arena seca = 1600 kg/m3b

Diferencia = 480 kg

PH35 Pg. 27-4

En banco, cuál la diferencia de peso entre la arena mojada y la

arena seca?

Pregunta

Cuál la densidad de la arcilla en su lecho natural:

• Suelta

• Banco

Pregunta

Cuál la densidad de la arcilla en su lecho natural:

• Suelta

• Banco

= 1660 kg/m3s

= 2020 kg/m3b

PH35 Pg 27-4

Densidad de los Materiales

PH35 Pg 27-4

Densidad / Peso del Material

m3s

1510 kg m3b

1900 kg

Tierra apisonada y seca

1900kg X .80 F.C. = 1520kg 1510kg

Pregunta

Un contratista necesita excavar

250.000 metros cúbicos de

material. El factor de carga es

de .84.

¿Cuántos metros cúbicos serán

movidos?

Pregunta

250.000 m3b / 0,84 = 297.619 m3s

Un contratista necesita excavar

250.000 metros cúbicos de

material. El factor de carga es

de .84.

¿Cuántos metros cúbicos serán

movidos?

Abultamiento

PH35 Pg. 27-1

Pregunta

Un contratista esta trabajando en excavación de zanjas en tierra

apisonada y seca y la producción es de 300 metros por día. La

zanja tiene un ancho de 1,5m por 2,5m de profundidad.

El material es cargado en camiones de 12m3.

Cuantos camiones serán necesarios para acarrear el material de la

producción diaria?

Pregunta

Un contratista esta trabajando en excavación de zanjas en tierra apisonada y seca y la producción es de 300 metros por día. La zanja tiene un ancho de 1,5m por 2,5m de profundidad.

El material es cargado en camiones de 12m3.

Cuantos camiones serán necesarios para acarrear el material de la producción diaria?

Volumen de la zanja = 1.5m x 2.5m x 300m = 1125 m3b

Volumen en banco / factor de carga = volumen suelto

1125 m3b / .80 = 1406 m3s

Volumen suelto / Capac. camión = numero de camionadas o viajes

1406 m3s / 12 m3s = 117 camionadas o viajes

“m3 Banco” e “m3 Sueltos”

• La mayoría de las obras son ...

• Licitadas en m3 banco

• Pagas en m3 banco

• Operadas en m3 sueltos

Cálculos de Producción

La producción de las máquinas se puede expresar en:

Metros Cúbicos en Banco por Hora (m3b/hr).

Metros Cúbicos Sueltos por Hora ( m3s/hr)

Metros Cúbicos Compactados por Hora (m3c/hr)

Toneladas Métricas por Hora ( ton/hr )

Cálculos de Producción

• La CARGA y Producción de las máquinas se puede medir de las

siguientes formas:

1- Pesándola

2- Calculándola en función

de la máquina

3- Midiendo o Volumen

Pesando

Pesando

Midiendo

Cálculos de Producción

Producción Teórica por Hora

=

Capacidad da Máquina

m3 / Ciclo

X

Números de Ciclos / h

En función de la capacidad de la máquina.

Cálculos de Producción

Producción Real por Hora

=

Capacidad de la Máquina

m3/ciclo

X

Números de Ciclos / h

X

Factores de Corrección

* Factor de Llenado.

* Eficiencias.

* Disponibilidad Mecánica.

* Otros factores.

Capacidad del Cucharón

Capacidad del Cucharón (SAE)

• Capacidad a ras

– 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.

• 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.

Factor de Llenado

• Factor de llenado:

% de la capacidad colmada

Ejemplos de Factor de Llenado

A- 100 – 110% Arcilla Húmida

B- 95 – 110% Arena y Grava

C- 80 – 90% Arcilla dura e compactada.

60 – 75% Roca bien fragmentada por voladura

y material de río.

40 – 50% Roca mal fragmentada por voladura

A

BC

MATERIAIS PARA CARREGADEIRAS DE RODAS.

Características dos MateriaisFACTORES DE LLENADO DE ACUERDO AL TAMAÑO DE LOS

MATERIALES PARA CARGADORES DE RUEDAS.

MATERIALES SUELTOS % F. LL.

AGREGADOS HUMEDOS MEZCLADOS 95-100

AG. HUMEDOS UNIF. HASTA 3mm(1/8") 95-100

AG. 3 @ 9mm. (1/8 @ 3/8 ") 90-95

AG. 12 @ 20 mm ( 1/2 @ 3/4 " ) 85-90

AG. 24 mm (1") y mas grandes 85-90

ROCA DE VOLADURA

BIEN FRAGMENTADA 80-95 %

FRAGMENTACION MEDIANA 75-90 %

MAL FRAGMENTADA 60-75 %

VARIOS

MEZCLA DE TIERRA Y ROCAS < 100 %

LIMO HUMEDO < 110 %

SUELO,PIEDRA Y RAICES 80-100

MATERIALES CEMENTADOS 85-90

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Pregunta

Un 938GII esta equipado con un cucharón de 2.8m3 con cuchilla empernada. Esta cargado con piedra caliza triturada (pila) 12-20mm.

Cual es el Factor de Llenado del cucharón (FLL) e cual será el peso en el cucharón?

Pregunta

Un 938GII esta equipado con un cucharón de 2.8m3 con cuchilla emper. Esta cargado con piedra caliza triturada (pila) 12-20mm.

Cual es el Factor de Llenado del cucharón (FLL) e cual será el peso en el cucharón?

Respuesta: FLL = 85-90%

Carga = 2.8 m3 X .87 BFF = 2.44 m3s

Peso = 2.44 m3s x 1540 kg/m3s = 3757,6 kg

PH35 pg 27-1 or 12-70/71

pg 27-4

Factores que Afectan el Factor de Llenado

• Características de los materiales

• Diseño del Cucharón

• Habilidades del Operador

• Diseño del Banco

• Fuerza de Desprendimiento.

Ciclo

Ciclo: Es un viaje completo de ida y regreso

para completar un pase de trabajo.

Descarga

Acarreo

Carga

Regreso

Ciclo

Descarga

Acarreo

Carga

Retorno

(Fijo)(Fijo)

(Variable)

(Variable)

Tiempos Fijos y Variables:

Ciclo

Carga (Fijo)Descarga (Fijo)

Acarreo (Variable)

Retorno (Variable)

Espera, maniobras, demoras,

Ciclos por Hora

• Ciclos / h = ---------------------------------------------60 minutos / h

Tiempo promedio de ciclo ( ,xx minutos / ciclo)

NO son segundos

SON centésimas de minuto

Segundos 1/100Min

60 1

59 0,98

58 0,97

57 0,95

56 0,93

55 0,92

54 0,90

53 0,88

52 0,87

51 0,85

50 0,83

Ciclos por Hora

60 Segundos ……….. 1 Minuto

20 Segundos …….>> 0,XX Min

X = ----------------- = 0,33 Min20 X 1

60

Ciclos por Hora = 60 min/h. / 0.33 min/ciclo = 181 ciclos/h

Ciclo básico (Tractor)

Transporte

Descarga Acarreo

Retorno Descarga

Resistencia a la Rodadura

• Resistencia a la rodadura

• Pendientes: resistencia/asistencia

Suma = Resistencia Total

Resistencia a la Rodadura

PH35: 27-1

Penetración de los Neumáticos

Resistencia a la Rodadura

Resistencia a la

Rodadura

• Es la fuerza necesaria para que

una rueda gire en el suelo

• 2% del peso bruto da máquina,

+ 0,6% del peso bruto por cm

de penetración de los

neumáticos

Resistencia a la Rodadura

PH35 pg 27-1

Resistencia/Asistencia

+ 4%

Resistencia

– 4%

Asistencia

Resistencia/Asistencia

Retorno

• Resist. Rodadura = 6%

• Pendiente = -4%______

• Resist. Total = 2%

Acarreo

• Resist. Rodadura = 6%

• Pendiente = 4%______

• Resist. Total = 10%

Factores de Correción

PH35: 12-70

Eficiencias

Ejemplo : 50/60 = 0,83 = 83 %

Minutos Efectivos trabajados por Hora

60 minutos por Hora

Eficiencia en la Obra

Disponibilidad Mecánica

Disponibilidad

Mecánica

Horas reales trabajadas por ano

Horas Programadas por ano= x 100

Calidad del equipo

Vida Económica / Número de horas de servicio

Asistencia Técnica ( Partes y Servicio)

Prácticas de Mantenimiento/Herramientas

Estandarización

Relaciones Humanas

Factores que afectan la disponibilidad mecánica

Ejemplo :

Producción / h = 3,1 x 0,90 x 120 x 0,83 x 0,95 = 264 m3 / h.

• Cuál será la producción horaria de un cargador de ruedas con:

Cucharón de 3,1 m3

Factor de llenado = .90

Tiempo de ciclo = 30 Segundos

Eficiencia en la Obra = 50 min h

Disponibilidad Mecánica = .95

PREGUNTAS ?