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Fundamentos de Movimiento de Tierras.
22
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.
33
Contenido
• Conceptos Básicos
• Características de los materiales
• Cálculos de Producción
• Costos de Posesión y Operación
• Cálculo de Rendimiento Óptimo de las máquinas.
44
Conceptos Básicos
¿QUÉ ES MOVIMIENTO DE TIERRAS...?
CONCEPTOS BÁSICOS
55
…..Movimiento 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.
Conceptos Básicos
66
Preparación del Banco
Requiere Voladura ?
Ripeo o Carga con
Excavadoray/o
Cargador
Acarreo
Requiere Clasificació
n ?
Tendido Mezcla
Zarandeo y/o
Trituración
Compactación
PavimentaciónEdificación
Barrenadoexplosivos Voladura
Proyecto Típico de Movimiento de Tierras
Si
Si
No
No
Posición Original Nueva Posición
Distancia de Acarreo
77
100 mts.
150 mts.
1,500 mts.
1,600 mts
5,000. mts
Sistemas de Acarreo y sus distancias más economicas
88
Concepto -Rendimiento Óptimo
Menor Costo por Hora Posible .........
Máxima producciónpor Hora Posible .........
$/M3 = ----------------------------------Mínimo Costo / hr.
Máxima Producción / hr.
M3
99
Resúmen: Conceptos Básicos
1010
Características de los Materiales • Las características y
propiedades de los materiales afectan
directamente la producción y el
rendimiento de las máquinas.
1111
1212
Materiales • 1.- Rocas
– Igneas: Basaltos, Granito Andesita, etc.
– Metamórficas: Caliza Pizarra etc.
– Sedimentarias: Areniscas Calizas, Conglomerados
• 2.- Tierras– Suelos, Piedra disociada
Materia orgánica
• 3.- Mezclas– Rocas y Tierras
Igneas
Metamórficas
Sedimentarias
1313
Propiedades de los Suelos• 1.- Físicas : DENSIDAD, Gravedad específica Granulometría y Contenido de Humedad.
• 2.- Índices: Límite líquido, Límite Plástico y Límite de Contracción.
• 3.-Mecánicas: Resistencia, Deformación y Permeabilidad.
1414
Propiedades de los suelos relacionadas a la compactación
� Capilaridad� Compresibilidad� Elasticidad� Permeabilidad
� Plasticidad� Sedimentación� Resistencia al corte� Contracción/Esponjamiento
1515
Propiedades del suelo
1616
Propiedades del suelo
1717
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.
1818
DENSIDAD
1919
Banco
Suelto
Compactado
2020
Densidad
• Densidad = Peso (Kg) / volumen (m3)
Factor de carga = Factor de carga = 0,5780,5781,
2 m
1,2 m
= 1.000 Kg
1,2 m
1m
1m
= 1.000 Kg
1 m
•Densidad en el banco = 1.000 Kg/m3
•Densidad del material suelto = 578 Kg / m3
( Factor Volumétrico )
2121
Medición de la densidadLos instrumentos
nucleares para medir la compactación nos
incluyen datos como: % de Compactación Contenido de Humedad Densidad
Estos instrumentos miden profundidades
hasta de 30 Cm.
2222
Factor de Carga
• Densidad en Banco x Factor de Carga =
Densidad del material suelto
1.000 Kg/m3 x 0.578 = 578 Kg/m3
• Volumen en Banco / Factor de Carga = Volumen del material suelto
1m3 / 0.578 = 1.73 m3
( Factor Volumétrico )
2323
2424
Abultamiento
1 + % AbultamientoO´
10.8 Factor de Carga
=1 + 25%
( Factor Volumétrico )
2525
2626
2727
2828
2929
URBANIZACIÓN
3030
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
3131
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 )
3232
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 el Volúmen– ( M3B/Hr ) ( Ton / Hr.)
Ó
Ó
3333
3434
3535
Eficiencia de la transmisión
3636
Potencia necesaria
Potencia necesaria
Resistencia a la rodadura
Resistencia a la pendiente
=+
3737
Resistencia a la rodadura
La fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas
3838
Resistencia a la rodadura
3939
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. / Tn.
4040
Resistencia a la rodadura
4141
Flexión del camino
4242
Factores de Resistencia a la Rodadura
4343
Resistencia a las pendientes
Es la fuerza de gravedad que favorece ó se opone al movimiento de un vehículo
4444
% de pendiente
4545
Resistencia a las pendientes
4646
Tipos de pendientes
4747
Potencia necesaria
• Potencia necesaria ( Resistencia total )
= Resistencia a la rodadura (Kg.)
+
Resistencia a la pendiente ( Kg.)
4848
Pendiente compensada (%) ó
Pendiente efectiva
= R.R. (%) R.P. (%)±
El número de Toneladas : 10 se toma como 1 % de
pendiente
20 Kg/Ton Se considera como el 1 % de pendiente
(Ver tabla)
4949
Potencia disponible = Torque x Velocidad
5050
Variación del Torque y velocidad
5151
Ejercicio
• ¿Cuál es la fuerza de tracción necesaria y la velocidad máxima de una unidad de ruedas con peso bruto de 50,000 Kg.
subiendo una pendiente de 25:1
5252
Gráfico de carga
5353
5454
Potencia utilizable
La tracción varía con:
Peso sobre las ruedas
propulsadas
Tipo de superficie
5555
Agarre
5656
Coeficientes de tracción
5757
Efecto de la altura de trabajo
Factores de pérdida de potencia por altura:
Ver el libro de rendimientos
5858
Cálculos de producción
Producción Teórica por Hora =
Capacidad de la MáquinaM3 / Ciclo
x Números de Ciclos / Hr.
3 M3/ciclo
X
100 Ciclos /Hr
= 300 m3/Hr.
En función de la capacidad de la máquina.
5959
Cálculos de producción
Producción Real por Hora =
Capacidad de la Máquina M3/ciclo
X Números de Ciclos / Hr. X Factores de Corrección. * Factor de Llenado * Eficiencias * Disponibilidad Mecánica * Otros factores
X
X
6060
Factores de corrección.
Factor de Llenado
Es el porcentaje del volúmen disponible en una caja o cucharónque realmente se esta utilizando.
6161
Ejemplos de factores de llenado
6262
6363
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.
6464
Número de Ciclos por Hora Ciclo: Es un viaje completo de ida y regreso para completar un pase de trabajo. Ciclo: Es un viaje completo de ida y regreso para completar un pase de trabajo.
6565
Número de Ciclos por Hora Tiempos Fijos y Variables1.- Carga2.- Acarreo3.- Descarga4.- Regreso
1
2
3
4 Otros Tiempos:EsperaManiobrasDemoras
6666
Ciclos por Hora
Ciclos/Hr.= -------------------------------------------------60 minutos / hr
Tiempo Promedio del ciclo ( .xx minutos / ciclo)
NO son segundosSON centécimas de Minuto
6767
Segundos 1/100Min60 159 0.9858 0.9757 0.9556 0.9355 0.9254 0.9053 0.8852 0.8751 0.8550 0.83
Ciclos por Hora
60 Segundos ……….. 1 Minuto20 Segundos …….>> 0.XX Min
X = ----------------- = 0.33 Min20 X 1
60
Ciclos por Hora = 60 Min/Hr. / 0.33 min/ciclo = 181 Ciclos/Hr.
6868
Eficiencias
Minutos Efectivos trabajados por Hora
E = 60 minutos por Hora
Eficiencia en la Obra
Ejemplo : 50/60 = 0.83 = 83 %
6969
Horas Reales Trabajadas al añoDisponibilidad = ------------------------------------- X 100Mecánica 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
Disponibilidad Mecánica
7070
• Cual será la producción por hora de un cargador de ruedas con cucharón de:
3.1 m3– Factor de llenado promedio = . 90– Tiempo del ciclo = 30 Segundos– Eficiencia en la Obra = 50 min hr– Disponibilidad Mecánica = . 95
Ejemplo :
7171
• Cual será la producción por hora de un cargador de ruedas con cucharón de:
– 3.1 m3
– Factor de llenado promedio = . 90
– Tiempo del ciclo = 30 Segundos
– Eficiencia en la Obra = 50 min hr
– Disponibilidad Mecánica = . 95
Ejemplo :
Producción / Hr. = 3.1 x 0.90 x 120 x 0.83 x 0. 95 = 264 m3 / hr.
7272
7373
COSTOS DEPOSESIÓN
> Depreciación> Interés> Impuestos> Seguro
Son todos los costosRelacionados con laAdquisición de laMáquina.
7474
COSTOS DEOPERACIÓN
> Combustible> Mantenimiento> Neumáticos/Carriles> Reparaciones> Articulos de Desgaste> Salario de Operador
Son todos los costos relacionadosPara poner a trabajar la máquina
7575
Costo de Operacion Cat D8RII
Combustible44%
Mant. Preventivo
5%
Mto. Carriles18%
Hta. Corte16%
Rep Mayores9%
Operador8%
Analisís - Costos de Operación D8RII
7676
Concepto - Rendimiento Óptimo
Menor Costo por Hora Posible .........
Máxima producción por Hora Posible .........
$/M3 = ----------------------------------- Mínimo Costo / hr
Máxima Producción / hr
M3
7777
Concepto -Rendimiento Óptimo
Menor Costo por Hora Posible .........
Máxima producción por Hora posible .........
$/M3 = ------------------------------------Mínimo Costo / hr.
Máxima Producción / hr.
M3
7878
P o s e s i ó n( F i j o )
O p e r a c i ó n( V a r i a b l e )
C o s t o s T o t a l e sD i r e c t o s
$ / hr.
Horas de Operación
7979
P o s e s i ó n( F i j o )
O p e r a c i ó n( V a r i a b l e )
C o s t o s T o t a l e sD i r e c t o s
$ / hr.
Horas de Operación
20 % 30 %
70 %.
80 %
12 %
88 %
10 %
90 %
Posesión
Operación
8080
Posesión
Operación
$
Utilidad
8181
Análisis de la Sensibilidad en la Utilidad de losNegocios de Movimiento de Tierras
Precio
Tasa de Interés
Valor de Reventa
Costos de Oper.
Disp. Mecánica
Producción
0% 1% 2% 3% 4% 5%
Un Cambio de 1% en
Resulta en un Aumento de Rentabilidad de
Un Cambio de 1 % en :
Resulta en un aumento de la Utildad en :
8282
HOURLY OWNING AND OPERATING COST ESTIMATE FOR: DATE: 12-Jun-04
Cat Wheel Loaders last update Jan. 00
CONSTANTS:
SIMPLE INTEREST RATE % 9.0 9.0 9.0 9.0INSURANCE RATE % 1.0 1.0 1.0 1.0PROPERTY TAX RATE % 1.0 1.0 1.0 1.0
MACHINE DESIGNATION: 988F 990 992G 994
ESTIMATED OWNERSHIP PERIOD (YRS) 9 9 9 9SCHEDULED USAGE (HR/YR) 5,000 5,000 5,000 5,000MECHANICAL AVAILABILITY & UTILIZATION 90.0% 90.0% 90.0% 90.0%ACTUAL USAGE (HR/YR) 4,500 4,500 4,500 4,500OWNERSHIP USAGE (TOTAL HR) 40,500 40,500 40,500 40,500RESIDUAL VALUE % 15% 15% 15% 15%
OWNING COST:
Delivered Price, including attachments & tires ($) 400,000 700,000 900,000 2,200,000Less tire or U/C replacement cost ($) 0 0 0 0Delivered price less tires ($) 400,000 700,000 900,000 2,200,000
Less residual value at replacement ($) 60,000 105,000 135,000 330,000
Value to be recovered over ownership period ($) 340,000 595,000 765,000 1,870,000Capital recovery (value/total hours) ($/hr) 8.40 14.69 18.89 46.17
Interest (cost of funds) ($/hr) 4.44 7.78 10.00 24.44
Insurance ($/hr) 0.49 0.86 1.11 2.72
Property tax ($/hr) 0.49 0.86 1.11 2.72
HOURLY OWNING COST ($/HR) 13.83 24.20 31.11 76.05
OPERATING COST:
Fuel: consumption (gal/hr) 15.00 21.00 27.00 46.00unit price ($/gal) 0.80 0.80 0.80 0.80cost ($/hr) 12.00 16.80 21.60 36.80
Lube, oils, filters, grease ($/hr) 2.00 2.90 3.50 6.20
Tires: replacement cost ($) 15,000 28,000 40,000 140,000life (hr) 4,000 4,000 4,000 4,000cost ($/hr) 3.75 7.00 10.00 35.00
Repairs ($/hr) 11.00 14.50 18.00 38.00
Minor Repairs, Liners, GET ($/hr) 5.00 10.00 15.00 20.00
Operator Cost, including fringes ($/hr) 25.00 25.00 25.00 25.00
TOTAL HOURLY OPERATING COST ($/HR) 58.75 76.20 93.10 161.00
TOTAL OWNING & OPERATING COST ($/HR) 72.58 100.40 124.21 237.05
LOADERS.WK4
Ejemplo:
Costos de PosesiónY
Operación.
8383
Resumen: Costos de Posesión y Operación
COSTOS
COSTOS DE POSESIÓN COSTOS DE OPERACIÓN COSTOS DE ADMINISTRACIÓN
DEPRECIACIÓN
INTERESES
SEGUROS
IMPUESTOS
COMBUSTIBLES
MANT. PREVENTIVO
RESERVA PARA REPARACIÓN
ARTICULOS DE DESGASTE
NEUMATICOS
CARRILES
SALARIO DEL OPERADOR
OFICINA
PERSONAL
EQUIPO DE MANTENIMIENTO
EQUIPO DE TRANSPORTE
8484
FIN
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