APUNTES DE INGENIERIA MECANICA: MAQUINAS MINERAS MOVILES

Título:	MAQUINAS MINERAS MOVILES
Subtítulo	CAMBIOS DE VOLUMEN
Fecha de realización:	04/01/2017
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	MAQUINAS MINERAS
Código:	DIS-MIN-MMM-01-02

INDICE

1 CAMBIOS DE VOLUMEN.
1.1 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.
2 FACTOR DE LLENADO
3 BIBLIOGRAFIA

	Fecha	Autor	Observaciones
	04/01/2017	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01	21/02/2017	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Se incluye el factor de llenado
Rev.02

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:

d_a : densidad aparente.

V_a : 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.

F_W : factor de esponjamiento (swell)

V_B : volumen que ocupa el material en banco

V_S : volumen que ocupa el material suelto

d_B : densidad en banco

d_S : 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:

S_W : % 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 F_w y S_w 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