Título:
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MAQUINAS MINERAS MOVILES
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Subtítulo
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CAMBIOS DE
VOLUMEN
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Fecha de
realización:
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04/01/2017
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Grupo:
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DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
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Tema:
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MAQUINAS MINERAS
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Código:
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DIS-MIN-MMM-01-02
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1 CAMBIOS DE VOLUMEN.
1.1 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.
2 FACTOR DE LLENADO
3 BIBLIOGRAFIA
Fecha
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Autor
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Observaciones
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04/01/2017
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Ing. Juan Carlos Miranda Rios
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Documento Base
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Rev.01
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21/02/2017
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Ing. Juan Carlos Miranda Rios
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Se incluye el factor de llenado
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Rev.02
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MAQUINAS MINERAS MOVILES
1 CAMBIOS DE VOLUMEN
Los terrenos, ya sean
suelos o rocas más o menos fragmentadas, están constituidos por la agregación
de partículas de tamaños muy variados. Entre estas partículas quedan huecos,
ocupados por aire y agua.
Si mediante una acción
mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así mismo el
volumen de huecos.
Es decir, el volumen de
una porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas
a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen
aparente.
Por esta razón, se
habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción de
terreno, y su volumen aparente:
da :
densidad aparente.
Va : volumen
aparente.
M : masa de las
partículas más masa de agua.
El movimiento de
tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecánicas sobre los terrenos.
Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario
(aumento del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo
intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico (disminución
mediante apisonado).
En la práctica se toma
como referencia 1 m3 de material en banco y los volúmenes aparentes en las diferentes
fases se expresan con referencia a ese m3 inicial de terreno en banco.
La figura representa la
evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material en
banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras.
Mientras no se
produzcan pérdidas o adición de agua, una porción de suelo o rocas mantendrá constante
el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta
constante la masa de la porción de terreno que se manipula.
En el movimiento de
tierras esta limitación se satisface muy pocas veces (evaporación, expulsión de
agua durante el apisonado, adición de agua para facilitar el apisonado, etc.),
por lo que el análisis anterior no es de aplicación general.
La Figura siguiente se indica
variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones del movimiento de tierras
comentadas anteriormente.
1.1 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO
Al excavar el material
en banco, éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen.
Este hecho ha de ser
tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar adecuadamente
los medios de transporte necesarios. En todo momento se debe saber si los
volúmenes de material que se manejan corresponden al material en banco (Banco,
bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose, S).
Se denomina factor de
esponjamiento (Swell Factor) a la relación de volúmenes antes y después de la
excavación.
FW : factor
de esponjamiento (swell)
VB : volumen
que ocupa el material en banco
VS : volumen
que ocupa el material suelto
dB :
densidad en banco
dS :
densidad del material suelto.
Otra relación interesante
es la que se conoce como Porcentaje de Esponjamiento. Se denomina así al incremento
de volumen que experimenta el material respecto al que tenía en el banco, o
sea:
SW : % de
esponjamiento
O en función de las
densidades:
Son frecuentes tablas
en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser
excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades
en banco y en material suelto. Para volúmenes y densidades se tiene:
El porcentaje de
esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados:
Y por consiguiente
conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de esponjamiento,
y viceversa, sin más que operar la expresión anterior.
En la tabla aparecen
los valores de Fw y Sw característicos de distintos
materiales frecuentes en movimiento de tierras.
Al dimensionar los
medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la capacidad (m3) que cada
vehículo tiene, sino considerar su carga máxima. Para no sobrepasarla es
necesario conocer la densidad del material que se transporta.
2 FACTOR DE LLENADO
Este factor depende del
tipo de material que se va a cargar, ya que si este es homogéneo el cazo o
cuchara se llenara completamente a su capacidad, como en el caso de arena y
grava, y si no lo es como podría ser el caso extremo de roca mal tronada, se
tendrá un volumen significativo de huecos, lo cual conducirá a una reducción
apreciable en su capacidad real.
En una máquina de carga, la carga útil del cucharón o cazo (la cantidad de material en cada ciclo de excavación) depende del tamaño y forma del cucharón o cazo, de la fuerza de plegado y de ciertas características del suelo. Esta última es considerada mediante el Factor de Llenado, el cual es representado mediante un coeficiente porcentual, mismo que afecta a la capacidad real de carga del cucharon o cazo. A continuación se indican los factores de llenado para diversos materiales.
Para excavadora de cables se tiene los siguientes valores:
E (Excavación fácil) = material libre suelto (por ejemplo, arena,
grava pequeña, tierra suelta, cenizas, carbón bituminoso).
M (excavación media) = materiales parcialmente consolidados (por
ejemplo, grava arcillosa, tierra compactada, arcilla, carbón antracita).
M-H (excavación difícil) = materiales que requieren preparación ligera
previa del terreno (por ejemplo, roca más débil, grava con piedras, arcilla
pesada).
H (excavación muy dificil) = materiales que requieren preparación
completa previa del terreno (por ejemplo, roca dura y competente).
3 BIBLIOGRAFIA
- Curso de Laboreo II y Explosivos – Universidad Politecnica de Madrid – Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas – Catedra de Laboreo de Minas - Prof. D. Fernando Plá Ortiz de Urbina, D. Juan Herrera Herbert y D. Victor Manuel Lopéz Aburto
- Máquinas para movimiento de tierras – Jean Coste.
- Manual de Arranque, Carga y Transporte en Mineria a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España
- Curso Carguio y Transporte – Capitulo 1 – Introducción – Alejandro Cruzat G.
- Explotación de Yacimientos – Ing. Ernesto L. Pesce
- SME – Mineral Engineering Handbook
- http://www.monografias.com/trabajos93/equipos-excavacion/equipos-excavacion.shtml
- http://www.ingenieria.unam.mx/~luiscr/mt_1608/cargadores201520-05.pdf
- Open Pin Mine – Planning & Design – W. Hustrulid, M. Kuchta and R. Martin
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