Contenido Manual de transporte con volquetes y diseño de pistas mineras

A lo largo de la historia de la humanidad se podido constatar que el desarrollo de cualquier sociedad y su bienestar están íntimamente relacionadas con el adecuado abastecimiento de materias primas minerales. Así, en Europa actualmente el consumo de minerales de un ciudadano con una expectativa de vida media de 80 años se sitúa en torno a las 970 toneladas, que incluyen los combustibles fósiles, los minerales metálicos, los minerales industriales y los áridos.

En las últimas décadas, la demanda de minerales ha ido aumentando año tras año como consecuencia del crecimiento económico de los países menos desarrollados y, también, por el propio crecimiento de la población. Actualmente se producen al año más de 12.000 millones de toneladas de minerales. Si se tiene en cuenta el movimiento de los estériles de recubrimiento que hay que efectuar para acceder a las masas de mineral, que se cifre en unos 28.000 millones de toneladas, se puede estimar que las operaciones mineras son capaces de mover anualmente unos 40.000 millones de toneladas de materiales.

En el conjunto de operaciones que constituyen el ciclo de explotación, al transporte se la considera la operación responsable, en términos de consumo de energía, de más del 25%, de ahí la importancia que tiene no sólo desde el punto de vista económico sino incluso medioambiental, debido a la emisión de gases de efecto invernadero.

Por otro lado, es un hecho constatable que el mayor porcentaje de minerales procede de explotaciones a cielo abierto, pues los métodos subterráneos son solamente viables en yacimientos de alta ley, si bien se ha venido produciendo un empobrecimiento paulatino de las leyes. Así, por ejemplo, en el pasado se consideraba que un yacimiento de cobre era explotable económicamente cuando tenía una ley mínima del 2% en cobre, mientras hoy en día, debido a las cotizaciones y a la escasez de recursos de alta ley, son viables las minas que contienen minerales de menos del 1% en cobre.

Pero, este nuevo tipo de minería requiere el movimiento de cientos de millones de toneladas anualmente, tal como sucede en minas como Escondida, Chuquicamata, Bingham Canyon o Grasberg, siendo necesario para ello grandes equipos de carga y transporte para desplazar los minerales hasta las plantas de tratamiento y los materiales estériles hasta las escombreras.

Simultáneamente, se ha producido un aumento en la profundidad que alcanzan las minas a cielo abierto, llegándose a algunos casos a superar los 1.000 metros, resultando así un aumento de las distancias de transporte y, consecuentemente, de los ciclos de acarreo. Esta ha conducido no sólo a un incremento de unidades destinadas a la carga y transporte de materiales sino incluso a un aumento sifnificativo del tamaño o capacidad de estos.

Los objetivos de este Manual de Tranposrte con Volquetes y Diseño de Pistas Mineras son varios. Por un lado, describir los tipos de volquetes actualmente disponibles en el mercado, sus características y campos de aplicación, la práctica operativa y los criterios de selección, así como la evolución tecnológica e innovaciones recientemente incorporadas en dichos equipos y en sistemas de gestión que permiten una optimización de las flotas y de las pistas mineras, que son infraestructuras que tienen ciertas particularidades, si se comparan con otros tipos de viales, y un gran impacto en términos de rendimientos y coste de las operaciones de acarreo. Se aborda tanto el diseño geométrico como el propio diseño estructural y funcional de las pistas, las técnicas constructivas, etc.

Los autores de este libro desean que esta humilde aportación puede constituir un libro de texto para los alumnos de las Escuelas de Ingeniería de Minas de los países de habla hispana, así como de instrumento de puesta al día para aquellos profesionales que vienen desarrrollando su actividad en el sector extractivo.

INDICE:

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1. INTRODUCCIÓN

2. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE

3. PISTAS MINERAS

4. TIPOLOGÍA DE PISTAS MINERAS

5. INNOVACIONES EN EL TRANSPORTE CON VOLQUETES

CAPÍTULO 2. CONCEPTOS BÁSICOS EN EL TRANSPORTE CON VOLQUETES

1. INTRODUCCIÓN

2. ANÁLISIS DEL TRABAJO A REALIZAR
   
   2.1. Componentes de tiempo del ciclo de trabajo
   2.2. Factores de eficiencia y organización
   2.3. Facotres de esponjamiento y densidades
    2.3.1. Compactación
   2.4. Capacidad nominal del equipo

3. PONTENCIAS Y FUERZAS MOTRICES DE LOS EQUIPOS MÓVILES
   
   3.1. Elementos que proporcionan potencia
   3.2. Factores limitadores del rendimiento
    3.2.1. Resistencia a la rodadura
    3.2.2. Resistencia a la pendiente
    3.2.3. Peso
    3.2.4. Tracción
    3.2.5. Altitud

4. CURBAS CARACTERÍSTICAS DE LOS VOLQUETES

5. FACTORES DE VELOCIDAD

6. CARGAS SOBRE LOS FIRMES ASOCIADOS A LOS VOLQUETES

7. CONSUMO DE COMBUSTIBLE

CAPÍTULO 3. TIPOS DE VOLQUETES Y SUS CARACTERÍSTICAS

1. INTRODUCCIÓN

2. TIPOS Y CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS UNIDADES DE ACARREO

3. COMPONENTES PRINCIPALES

   3.1. Bastidores
   3.2. Motores y transmisiones
    3.2.1. Transmisión mecánica
    3.2.2. Transmisión eléctrica
   3.3. Caja
   3.4. Suspensión
   3.5. Frenos
   3.6. Dirección y sistemas hidráulicos
   3.7. Ruedas
   3.8. Cabina
   3.9. Dispositivos de visibilidad perimetral
   3.10.Accesos a los volquetes

4. ALIMENTACIÓN DE VOLQUETES ELÉCTRICOS POR TROLE

   4.1. Descripción del sistema
   4.2. Mode de operación
   4.3. Ventajas del sistema Trole
   4.4. Inconvenientes del sistema

5. NUEVOS DESARROLLOS

6. RECIENTES INNOVACIONES

CAPÍTULO 4.PRÁCTICA OPERATIVA CON LOS VOLQUETES

1. INTRODUCCIÓN

2. CAMPOS DE APLICACIÓN

3. PRÁCTICA OPERATIVA DURANTE LA CARGA

   3.1. Excavaciones de cables
    3.1.1. Carga a los dos lados
    3.1.2. Carga a un solo lado
    3.1.3. Avance paralelo al banco
   3.2. Excavadoras hidráulicas
   3.3. Palas de ruedas
   3.4. Otros equipos de carga
   3.5. Distribución de la carga en las cajas de los volquetes

4. PRÁCTICA OPERATIVA DURANTE EL TRANSPORTE

5. PRÁCTICA OPERATIVA DURANTE LA DESCARGA

6. PRÁCTICA OPERATIVA DURANTE EL RETORNO

7. PRÁCTICA OPERATIVA DURANTE LAS MANIOBRAS

CAPÍTULO 5. TIPOS DE PISTAS MINERAS, APERTURA DE BANCOS Y DISEÑO DE FRENTES DE CARGA

1. INTRODUCCIÓN

2. TIPOS DE YACIMIENTOS Y MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN APLICADOS

3. ASPECTOS BÁSICOS EN EL DISEÑO DE TALUDES, APERTURA DE BANCOS Y CONFIGURACIÓN DE LOS FRENTES DE CARGA

4. CLASE DE PISTAS DE TRANSPORTE

CAPÍTULO 6. DISEÑO GEOMÉTRICO DE LAS PISTAS MINERAS

1. INTRODUCCIÓN

2. FASES DEL DISEÑO GEOMÉTRICO

   2.1. Distancias de frenado
   2.2. Distancias de visibilidad y curvas verticales
   2.3. Alineaciones
   2.4. Anchura de las pistas
   2.5. Curvas y zigzag
   2.6. Pendiente transversal o bombeo
   2.7. Pendiente de las pistas
   2.8. Peraltes y tramos de transición
   2.9. Drenajes laterales
   2.10.Arcenes
   2.11.Caballones o bermas de seguridad
   2.12.Intersecciones
    2.12.1. Bifurcaciones y confluencias
    2.12.2. Cruces
   2.13.Control de tráfico en las intersecciones
   2.14.Pistas y caballones de frenado
   2.15.Zonas de aparcamiento
   2.16.Apartaderos

CAPÍTULO 7. DISEÑO ESTRUCTURAL DE LAS PISTAS MINERAS

1. INTRODUCCIÓN

2. CARACTERIZACIÓN DE LAS EXPLANADAS Y MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DE LAS PISTAS

   2.1. Explanadas
   2.2. Materiales constructivos de pistas
    2.2.1. Selección de materiales
    2.2.2. Materiales granulares tipo macadam
    2.2.3. Materiales granulares tipo zahorra
    2.2.4. Estabilizaciones
    2.2.5. Otros materiales
   2.3. Evaluación de los suelos in situ

3. MÉTODOS DE DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAL DE LAS PISTAS

   3.1. Métodos de diseño del CBR
   3.2. Métodos de diseño del CBR modificado
   3.3. Métodos de diseño estructural mecanísticos
   3.4. Dimensionamiento de firmes

CAPÍTULO 8. DISEÑO FUNCIONAL DE LAS PISTAS MINERAS

1. INTRODUCCIÓN

2. RUGOSIDAD, TRACCIÓN Y RESISTENCIA A LA RODADURA

   2.1. Rugosidad de las pistas
   2.2. Tracción
   2.3. Resistencia a la rodadura

3. SELECCIÓN DEL MATERIAL DE LA CAPA DE RODADURA

4. SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE SUPRESORES DE POLVO

   4.1. Introducción
   4.2. Selección de productos supresores del polvo
   4.3. Riesgo de humedecimiento excesivo de las pistas
   4.4. Procedimiento de estimación de la emisión de polvo en las pistas mineras

CAPÍTULO 9. CONSTRUCCIÓN DE PISTAS Y ELEMENTOS AUXILIARES

1. INTRODUCCIÓN

2. CONSTRUCCIÓN DE LAS PISTAS

   2.1. Aspectos básicos de la compactación de suelos
   2.2. Equipos de compactación
   2.3. Extendido y nivelado de materiales
   2.4. Motoniveladoras
   2.5. Raplanteo
   2.6. Praparación de la explanación
   2.7. Afirmado
   2.8. Control
    2.8.1. Control de materiales
    2.8.2. Control de extensión
    2.8.3. Control de la compactación
    2.8.4. Control geométrico

3. OBRAS AUXILIARES

   3.1. Obras de dranaje
    3.1.1. Estimación de escorrentías
    3.1.2. Diseño de las obras de drenaje

4. ELEMENTOS DE SEGURIDAD

CAPÍTULO 10. CONSERVACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS PISTAS MINERAS

1. INTRODUCCIÓN

2. INCIDENCIA EN LA EXPLOTACIÓN MINERA

   2.1. Incidencia en la productividad
       2.1.1. Incidencia en la velocidad de transporte
    2.1.2. Incidencia en el consumo de combustible
    2.1.3. Incidencia en la vida de los neumáticos
    2.1.4. Incidencia en la vida de los vehículos
    2.1.5. Incidencia en la seguridad

3. EQUIPOS

   3.1. Organización
   3.2. Composición de la flota
   3.3. Dimensionado de la flota

4. EVALUACIÓN DEL ESTADO DE LAS PISTAS

   4.1. Introducción
   4.2. Baches
   4.3. Blandones
   4.4. Roderas
   4.5. Firmes ondulado
   4.6. Cárcavas
   4.7. Degradación de mordientes
   4.8. Polvo
   4.9. Obstáculos sobre la superficie de la rodadura

5. METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN

6. OPERACIONES DE CONSERVACIÓN

   6.1. Estrategias de conservación
   6.2. Niveles de conservación
   6.3. Rehabilitación estructural
   6.4. Operaciones puntuales de conservación
   6.5. Operaciones generales de conservación

7. MODELO DE GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO

   7.1. Evaluación de las resistencias a la rodadura
   7.2. Evaluación del rendimiento funcional

CAPÍTULO 11. INTREGRACIÓN DE LAS PISTAS EN EL DISEÑO DE LOS HUECOS MINEROS Y CÁLCULO DE VOLÚMENES

1. INTRODUCCIÓN

2. CONCEPTOS BÁSICOS
 
   2.1. Estado de alineaciones en planta
   2.2. Pendiente de una recta
   2.3. Línea de máxima pendiente
   2.4. Problemas de planos con curvas de nivel
   2.5. Perfil de un terreno
    2.5.1. Perfil longitudinal
    2.5.2. Perfiles transversales

3. DISEÑO DE PISTAS EN ESPIRAL POR DELANTE DEL TALUD

   3.1. Diseño de una pista en espiral por detrás del talud

4. DISEÑO DE PISTAS EN ZIG-ZAG

5. CÁLCULO DE VOLÚMENES DE EXCAVACIÓN Y TERRAPLENES

   5.1. Explanaciones y movimientos de tierra
   5.2. Tipo de mediciones
    5.2.1. Mediciones lineales
    5.2.2. Mediciones de superficiales
    5.2.3. Mediciones volumétricas o cubicaciones
      5.2.4. Volumen de excavación de una pista integrada en un hueco de excavación
    5.2.5. Volumen de excavación de una rampaen trinchera
    5.2.6. Las pistas en la planificación minera

CAPÍTULO 12. CÁLCULO DE LOS RENDIMIENTOS DE TRANSPORTE Y DIMENSIONAMIENTO DE FLOTAS

1. INTRODUCCIÓN

2. ORGANIZACIÓN Y TIEMPOS DE PRODUCCIÓN

   2.1. Rendimiento por hora de trabajo
   2.2. Clases de horas en una explotación minera
    2.2.1. Clasificación de las "Horas de Parada"
    2.2.2. Aplicación conjunta de las dos clasificaciones

3. MÉTODOS PRELIMINARES DE LA ESTIMACIÓN DE LA FLOTA DE TRANSPORTE

   3.1. Método Empírico de O´Hara y Suboleski
   3.2. Método de las curvas de productividad
   3.3. Método de los ábacos distancia-tiempo de los volquetes
   3.4. Método basado en la regresión estadística

4. CÁLCULO DE LAS PRODUCCIONES HORARIAS DE LOS VOLQUETES

   4.1. Tiempos fijos de carga, maniobras y descarga, y esperas
   4.2. Tiempos variables
   4.3. Equilibrio entre el tamaño de los volquetes y los equipos de carga
   4.4. Dimensionamiento de la flota de volquetes
   4.5. Creación de un perfil de transporte y estimación del tiempo de ciclo
   4.6. Factor de acoplamiento entre la flota de transporte y los equipos de carga

5. PROGRAMAS DE SIMULACIÓN DEL TRANSPORTE CON VOLQUETES

   5.1. Fuerza de tracción
   5.2. Aceleración
   5.3. Deceleración o frenado
   5.4. Resitencias al movimiento
   5.5. Velocidad del volquete y distancia recorrida
   5.6. Datos del volquete
   5.7. Datos del perfil de transporte
   5.8. Modos de operación. Interacción volquete con pista
   5.9. Estructura básica de un programa de simulación

6. LA ASIGNACIÓN DINÁMICA DE VOLQUETES EN LAS OPERACIONES MINERAS

CAPÍTULO 13. ANÁLISIS TÉCNICO-ECONÓMICO DEL TRANSPORTE CON VOLQUETES

1. INTRODUCCIÓN

2. COSTES HORARIOS DE LOS VOLQUETES

   2.1. Introducción
   2.2. Coste horario de propiedad
    2.2.1. Amortización
        2.2.1.1. Términos utilizados en la amortización de los equipos
        2.2.1.2. Métodos amortizados
    2.2.2. Cargas indirectas
   2.3. Coste horario de operación
    2.3.1. Costes de combustible y energía
    2.3.2. Costes de lubricantes, grasas y filtros
    2.3.3. Costes de elementos de desgaste
    2.3.4. Costes de neumáticos
    2.3.5. Costes de reparaciones
    2.3.6. Costes del operador
   2.4. Coste total de operación

3. ANÁLISIS DE DIFERENTES CASOS PRÁCTICOS

   3.1. Costes de adquisición y de operación
   3.2. Influencia de la conservación de las pistas en los rendimientos de transporte
   3.3. Influencia del diseño y conservación de las pistas en los rendimientos de transporte
   3.4. Modelos simplificados de estimación de los consumos de combustible de los volquetes en diferentes situaciones de trabajo
    3.4.1. Modelo Estadístico (López Jimeno, C. et al)
    3.4.2. Modelo del Departament o de Recursos y Energía de Australia

CAPÍTULO 14. MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL TRANSPORTE CON VOLQUETES

1. INTRODUCCIÓN

2. MEDIDAS DE SEGURIDAD DE CARÁCTER BÁSICO Y GENERAL

   2.1. Mandos
   2.2. Trabajadores
   2.3. Dotación personal. Vestuario de trabajo
   2.4. Elementos de seguridad
   2.5. Recomendaciones para la prevención y extinción de incendios
   2.6. Primeros auxilios y accidentes

3. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS SEGUROS EN EL TRABAJO CON VOLQUETES

   3.1. Revisión de la maquinaria antes de su puesta en marcha
    3.1.1. General
    3.1.2. Motor
    3.1.3. Neumáticos
    3.1.4. Cabina
    3.1.5. Puesta en marcha
    3.1.6. Durante la carga
   3.2. En el transporte y retorno
   3.3. En la descarga
   3.4. En las maniobras
   3.5. Al finalizar el transporte, estacionamiento

4. MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL MANTENIMIENTO Y SERVICIO