Fundamentos de Movimiento de Tierras.1 Objetivo • Después de haber estudiado esta presentación Ud. será capaz de : – Demostrar sus conocimentos sobre como ESTIMAR el rendimiento de una máquina o flota de máquinas. – Conocer los factores que afectan al rendimiento de las máquinas. 2 Contenido • • • • • Conceptos Básicos Características de los materiales Cálculos de Producción Costos de Posesión y Operación Cálculo de Rendimiento Óptimo de las máquinas. 3 Conceptos Básicos 4 Conceptos Básicos …. de un lugar a otro.Movimiento de Tierras ? • Son los movimientos de una parte de la superficie de la tierra. y en su nueva posición. 5 .. crear una nueva forma y condición física deseada al menor costo posible. Proyecto Típico de Movimiento de Tierras Preparación del Banco Requiere Voladura ? Si Barrenado explosivos Voladura Requiere Clasificació n? Si Zarandeo y/o Trituración No No Ripeo o Carga con Excavadora y/o Cargador Tendido Mezcla Distancia de Acarreo Compactación Acarreo Edificación Pavimentación 6 Posición Original Nueva Posición . Sistemas de Acarreo y sus distancias más economicas 100 mts. 1.600 mts 5. 1.000.500 mts. 150 mts. mts 7 . . por Hora Posible .Concepto -Rendimiento Óptimo Menor Costo por Hora Posible ........... 8 .. $/M3 = ---------------------------------.Máxima producción Máxima Producción / hr.. M3 Mínimo Costo / hr.... Resúmen: Conceptos Básicos 9 . 10 .Características de los Materiales • Las características y propiedades de los materiales afectan directamente la producción y el rendimiento de las máquinas. 11 . .Rocas – Igneas: Basaltos.. Granito Andesita. – Metamórficas: Caliza Pizarra etc.Mezclas – Rocas y Tierras Metamórficas Sedimentarias 12 .Materiales • 1. etc. – Sedimentarias: Areniscas Calizas. Piedra disociada Materia orgánica • 3. Conglomerados Igneas • 2.Tierras – Suelos.. Deformación y Permeabilidad..-Mecánicas: Resistencia.. • 3. 13 .Propiedades de los Suelos • 1. • 2. Límite Plástico y Límite de Contracción.Índices: Límite líquido. Gravedad específica Granulometría y Contenido de Humedad.Físicas : DENSIDAD. Propiedades de los suelos relacionadas a la compactación Capilaridad Compresibilidad Elasticidad Permeabilidad Plasticidad Sedimentación Resistencia al corte Contracción/Esponjamiento 14 . Propiedades del suelo 15 . Propiedades del suelo 16 . Propiedades de los Suelos • La principal propiedad que afecta el rendimiento de las máquinas en el movimiento de tierras es la: – DENSIDAD • Densidad en Banco y Densidad Suelto. 17 . DENSIDAD 18 . Banco Suelto Compactado 19 . 2 m = 1.2 m .000 Kg/m3 1m = 1.000 Kg 1m •Densidad del material suelto = 578 Kg / m3 1.Densidad • Densidad = Peso (Kg) / volumen (m3) •Densidad en el banco = 1.000 Kg Factor de carga = 0.578 ( Factor Volumétrico ) 20 1. Medición de la densidad Los instrumentos nucleares para medir la compactación nos incluyen datos como: % de Compactación Contenido de Humedad Densidad Estos instrumentos miden profundidades hasta de 30 Cm. 21 . 578 = 1.578 = 578 Kg/m3 • Volumen en Banco / Factor de Carga = Volumen del material suelto 1m3 / 0.Factor de Carga ( Factor Volumétrico ) • Densidad en Banco x Factor de Carga = Densidad del material suelto 1.000 Kg/m3 x 0.73 m3 22 . Volúmen del Material Suelto 1 + % ABULTAMIENTO = -------------------------------------(dilatación ) Volúmen del Material en Banco Volúmen del Material Suelto Volúmen en Banco = --------------------------------------( 1 + % Abultamiento ) Vol. Suelto = Volúmen del Material Banco X (1+%Abultamiento) 23 . DESPÚES QUE SE HA PERTURBADO EL MATERIAL EN SU LECHO NATURAL Y SE EXPRESA COMO PORCENTAJE DEL VOLÚMEN EN BANCO.CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES ABULTAMIENTO : ES EL AUMENTO EN VOLÚMEN. Abultamiento 1 + % Abultamiento O´ = 0.8 Factor de 1 + 25% Carga ( Factor Volumétrico ) 1 24 . ENTRE LA DENSIDAD DEL METRO CUBICO BANCO.CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES FACTOR DE CONTRACCIÓN : SE CALCULA DIVIDIENDO LA DENSIDAD DEL MATERIAL COMPACTADO. FACTOR DE CONTRACCIÓN = ----------------------------------KG. / M3. KG. 25 . / M3. COMPACTADO. BANCO. 26 . 005 mm a 0.0002 " ) Arcilla : menos de 0.05 mm a 3 mm ( 0.005 mm ( menos de 0.0002 " ) 27 .ARACTERÍSTICAS 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 ( 0.002 " a 1/8 " ) Limo : de 0.002 " a 0. 28 . URBANIZACIÓN 29 . M3 Banco y M3 Sueltos • La mayoría de las obras se: -Licítan en M3 banco -Se Pagan en M3 banco -Se mueven en M3 Sueltos 30 . Metros Cúbicos Sueltos por Hora ( M3S/Hr) Metros Cúbicos Compactados por Hora (M3C/Hr) Toneladas Métricas por Hora ( Ton / Hr ) 31 .Cálculos de producción • La producción de las máquinas se puede expresar en: Metros Cúbicos en Banco por Hora (M3B/Hr). Calculándola en función de la máquina Ó 3.Midiendo el Volúmen – ( M3B/Hr ) ( Ton / Hr..Pesándola Ó 2...) 32 .Cálculos de producción • La CARGA y PRODUCCIÓN de las máquinas se puede medir de las siguientes formas: 1. 33 . 34 . Eficiencia de la transmisión 35 . Potencia necesaria Resistencia a la rodadura = Potencia necesaria + Resistencia a la pendiente 36 . Resistencia a la rodadura La fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas 37 . Resistencia a la rodadura 38 . / Tn. 39 .Resistencia a la rodadura Regla empírica: 2% del PBV ( Peso Bruto del Vehículo) PBV = El peso de la máquina vacía + El peso de la carga útil 20 Kg. Resistencia a la rodadura 40 . Flexión del camino 41 . Factores de Resistencia a la Rodadura 42 . Resistencia a las pendientes Es la fuerza de gravedad que favorece ó se opone al movimiento de un vehículo 43 . % de pendiente 44 . Resistencia a las pendientes 45 . Tipos de pendientes 46 . Potencia necesaria • Potencia necesaria ( Resistencia total ) = Resistencia a la rodadura (Kg.) + Resistencia a la pendiente ( Kg.) 47 Pendiente compensada (%) ó Pendiente efectiva = R.R. (%) 20 Kg/Ton Se considera como el 1 % de pendiente R.P. (%) (Ver tabla) El número de Toneladas : 10 se toma como 1 % de pendiente 48 Potencia disponible = Torque x Velocidad 49 Variación del Torque y velocidad 50 Ejercicio • ¿Cuál es la fuerza de tracción necesaria y la velocidad máxima de una unidad de ruedas con peso bruto de 50. subiendo una pendiente de 25:1 51 .000 Kg. Gráfico de carga 52 . 53 . Potencia utilizable La tracción varía con: Peso sobre las ruedas propulsadas Tipo de superficie 54 . Agarre 55 . Coeficientes de tracción 56 . Efecto de la altura de trabajo Factores de pérdida de potencia por altura: Ver el libro de rendimientos 57 . Producción Teórica por Hora = 3 M3/ciclo Capacidad de la Máquina M3 / Ciclo X 100 Ciclos /Hr = 300 m3/Hr.Cálculos de producción En función de la capacidad de la máquina. x Números de Ciclos / Hr. 58 . * Factor de Llenado * Eficiencias * Disponibilidad Mecánica * Otros factores X X 59 . X Factores de Corrección.Cálculos de producción Producción Real por Hora = Capacidad de la Máquina M3/ciclo X Números de Ciclos / Hr. Factor de Llenado CAPACIDAD AL RAS : ES EL VOLÚMEN CONTENIDO EN UN CUCHARÓN O EN UNA CAJA.Factores de corrección. MAS LA CANTIDAD ADICIONAL QUE SE ACUMULA SOBRE LA CARGA AL RAS DEL MATERIAL MANTENIENDO UN ÁNGULO DE REPOSO DE : 2:1 SEGUN SAE-J742 PARA CARGADORES 1:1 SEGUN SAE-J296 PARA EXCAVADORAS 60 . DESPUES DE NIVELAR LA CARGA PASANDO UN RASERO SOBRE SUS EXTREMOS. CAPACIDAD COLMADA : ES LA CAPACIDAD AL RAS. Es el porcentaje del volúmen disponible en una caja o cucharón que realmente se esta utilizando. Ejemplos de factores de llenado 61 . 12 @ 20 mm ( 1/2 @ 3/4 " ) AG. 3 @ 9mm. MATERIALES SUELTOS AGREGADOS HUMEDOS MEZCLADOS AG. (1/8 @ 3/8 ") AG. LL.PIEDRA Y RAICES MATERIALES CEMENTADOS % F. HASTA 3mm(1/8") AG. 95-100 95-100 90-95 85-90 85-90 80-95 % 75-90 % 60-75 % < 100 % < 110 % 80-100 85-90 62 . 24 mm (1") y mas grandes ROCA DE VOLADURA BIEN FRAGMENTADA FRAGMENTACION MEDIANA MAL FRAGMENTADA VARIOS MEZCLA DE TIERRA Y ROCAS LIMO HUMEDO SUELO. HUMEDOS UNIF.CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES FACTORES DE LLENADO DE ACUERDO AL TAMAÑO DE LOS MATERIALES PARA CARGADORES DE RUEDAS. 63 .Factores que Afectan el Factor de Llenado • • • • • Características de los materiales Diseño del Cucharón Habilidades del Operador Diseño del Banco Fuerza de Desprendimiento de la máquina. 64 . completar un pase de trabajo.Número de Ciclos por Hora Ciclo: Es un viaje completo de ida y regreso Ciclo: Es un viaje completo de ida y regreso para para completar un pase de trabajo. Acarreo 3..Carga 2.Número de Ciclos por Hora Tiempos Fijos y Variables 1...Regreso 2 1 4 3 Otros Tiempos: Espera Maniobras Demoras 65 .Descarga 4.. = 60 minutos / hr ------------------------------------------------Tiempo Promedio del ciclo ( .Ciclos por Hora Ciclos/Hr.xx minutos / ciclo) NO son segundos SON centécimas de Minuto 66 . 83 60 Segundos ……….92 0.33 Min 60 Ciclos por Hora = 60 Min/Hr.90 0.88 0.87 0. 1 Minuto 20 Segundos ……. 67 .93 0..97 0.98 0.95 0.= 0.Ciclos por Hora Segundos 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 1/100Min 1 0.>> 0.85 0.XX Min 20 X 1 X = ----------------. / 0.33 min/ciclo = 181 Ciclos/Hr. Eficiencias Eficiencia en la Obra Minutos Efectivos trabajados por Hora E= 60 minutos por Hora Ejemplo : 50/60 = 0.83 = 83 % 68 . X 100 Mecánica Horas Programadas al año Factores que afectan la Disponibilidad Mecánica ¤Calidad del Equipo ¤Vida Economica / nº Horas de servicio ¤Respaldo Técnico ( Partes y Servicio) ¤Practicas de Mantenimiento / Herramientas ¤Estandarización ¤Relaciones Humanas 69 .Disponibilidad Mecánica Horas Reales Trabajadas al año Disponibilidad = ------------------------------------. 1 m3 – – – – Factor de llenado promedio = . 90 Tiempo del ciclo = 30 Segundos Eficiencia en la Obra = 50 min hr Disponibilidad Mecánica = . 95 70 .Ejemplo : • Cual será la producción por hora de un cargador de ruedas con cucharón de: 3. = 3.1 x 0.1 m3 – Factor de llenado promedio = . 71 . 95 = 264 m3 / hr.83 x 0. 90 – Tiempo del ciclo = 30 Segundos – Eficiencia en la Obra = 50 min hr – Disponibilidad Mecánica = .Ejemplo : • Cual será la producción por hora de un cargador de ruedas con cucharón de: – 3.90 x 120 x 0. 95 Producción / Hr. 72 . COSTOS DE POSESIÓN Son todos los costos Relacionados con la Adquisición de la Máquina. > Depreciación > Interés > Impuestos > Seguro 73 . COSTOS DE OPERACIÓN > Combustible > Mantenimiento Son todos los costos relacionados > Neumáticos/Carriles Para poner a trabajar la máquina > Reparaciones > Articulos de Desgaste > Salario de Operador 74 . Preventivo 5% Combustible 44% 75 .Costos de Operación D8RII Costo de Operacion Cat D8RII Operador 8% Rep Mayores 9% Hta. Corte 16% Mto.Analisís . Carriles 18% Mant. .Rendimiento Óptimo Menor Costo por Hora Posible .. M3 Mínimo Costo / hr Máxima producción por $/M3 = ----------------------------------Hora Posible ..... Máxima Producción / hr 76 ......Concepto ...... 77 ............Concepto -Rendimiento Óptimo Menor Costo por Hora Posible . Máxima producción por Hora posible . M3 Mínimo Costo / hr..... $/M3 = -----------------------------------Máxima Producción / hr.. Costos Totales Directos Posesión (Fijo) Operación (Variable) $ / hr. Horas de Operación 78 . Costos Totales Directos Posesión (Fijo) Operación (Variable) $ / hr. Posesión 30 % 20 % 12 % 10 % Horas de Operación 79 . Operación 90 % 88 % 80 % 70 %. $ Utilidad Operación Posesión 80 . Análisis de la Sensibilidad en la Utilidad de los Negocios de Movimiento de Tierras Un Cambio de 1%1 % en : Un Cambio de en Precio Tasa de Interés Valor de Reventa Costos de Oper. Disp. Mecánica Producción 0% 1% 2% 3% 4% Resulta en un Aumento de Rentabilidad de 5% Resulta en un aumento de la Utildad en : 81 . 72 2.80 2.000 60.500 40.000 3. 00 SIMPLE INTEREST RATE % INSURANCE RATE % PROPERTY TAX RATE % 9.000 0 900.44 0.0 1.58 21. including attachments & tires ($) Less tire or U/C replacement cost ($) Delivered price less tires ($) Less residual value at replacement ($) Value to be recovered over ownership period ($) Capital recovery (value/total hours) ($/hr) Interest (cost of funds) ($/hr) Insurance ($/hr) Property tax ($/hr) HOURLY OWNING COST ($/HR) OPERATING COST: 400.500 40.75 11. grease ($/hr) Tires: replacement cost ($) life (hr) cost ($/hr) Repairs ($/hr) Minor Repairs.00 15.000 330. filters.80 21.000 35.000 0 2.000 765.000 4.000 10.000 7.20 100.11 31.0 1.00 237.0 1.78 0.49 0.20 900.44 2.0 1.0% 4.870.0 1.500 15% Ejemplo: Costos de Posesión Y Operación.000 4. including fringes ($/hr) TOTAL HOURLY OPERATING COST ($/HR) TOTAL OWNING & OPERATING COST ($/HR) 82 .WK4 46.0 9. oils.90 28.0 9.0% 4.0% 4.72 76.500 15% 992G 9 5.80 16.000 4.86 0.00 25.00 25.86 24.80 12.000 4.83 700.200.50 40.00 0.000 14.21 LOADERS.000 90.00 93.50 10. GET ($/hr) Operator Cost.000 105.00 76.000 340.000 18.0 MACHINE DESIGNATION: ESTIMATED OWNERSHIP PERIOD (YRS) SCHEDULED USAGE (HR/YR) MECHANICAL AVAILABILITY & UTILIZATION ACTUAL USAGE (HR/YR) OWNERSHIP USAGE (TOTAL HR) RESIDUAL VALUE % OWNING COST: 988F 9 5.40 27.0% 4.75 72.000 8.000 0 400.0 1.00 0. Delivered Price.05 Lube.00 15.60 3.0 1.05 Fuel: consumption (gal/hr) unit price ($/gal) cost ($/hr) 15.500 40.000 595.000 90.20 140.40 4.00 0.500 15% 994 9 5.000 1.0 9.00 18.00 25.00 1.80 36. Liners.11 1.17 24.0 1.00 14.00 161.11 2.000 90.000 46.000 0 700.HOURLY OWNING AND OPERATING COST ESTIMATE FOR: DATE: 12-Jun-04 Cat Wheel Loaders CONSTANTS: last update Jan.00 25.49 13.500 15% 990 9 5.200.00 2.00 20.00 0.00 5.80 6.00 58.000 135.89 10.500 40.00 38.000 90.69 7.10 124. Resumen: Costos de Posesión y Operación COSTOS COSTOS DE OPERACIÓN COMBUSTIBLES DEPRECIACIÓN COSTOS DE POSESIÓN COSTOS DE ADMINISTRACIÓN OFICINA MANT. PREVENTIVO INTERESES RESERVA PARA REPARACIÓN PERSONAL SEGUROS ARTICULOS DE DESGASTE EQUIPO DE MANTENIMIENTO IMPUESTOS NEUMATICOS CARRILES EQUIPO DE TRANSPORTE SALARIO DEL OPERADOR 83 . 84 .