Capítulo 8: Diseño manual de explotaciones a cielo abierto

6.2.1. Categorías de los vehículos para el diseño de pistas

El diseño de las pistas mineras, tanto desde el punto de vista geométrico como desde el estructural, debe hacerse en funci6n de las características de los volquetes que van a circular en la explotaci6n. Para los tipos de volquetes existentes en el mercado, con una capacidad de carga superior a las 30 toneladas, dichas características son las siguientes:

-Peso total en carga. A partir de esta característica se pueden establecer cuatro categorías de vehículos (P1, P2, P3 y P4) en funci6n del peso total en carga (tara + carga máxima).

- Capacidad de carga. Cada una de estas categorías comprende, aproximadamente, el 25 por 100 de los modelos existentes en el mercado.

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Tabla 8.2. Categorías de volquetes en función de la capacidad de carga.

CATEGORIA CARGA MAXIMAP1 30 - 45 tP2 46 - 70 tP3 71 - 100 tP4 101 - 160 t

Distribución de cargas. Para el dimensionamiento estructural, hay que tener en cuenta, además del peso total en carga, que los vehículos considerados son de dos ejes: un eje simple delantero con dos ruedas sencillas y un eje simple trasero con dos pares de ruedas gemelas (por tanto, un total de seis ruedas). La distribución de pesos entre los ejes es, en todos los casos, muy similar, adoptándose los siguientes valores aproximados:

En vacío, 48 por 100 sobre el eje delantero y 52 por 100 sobre el trasero.

En carga, 33 por 100 sobre el eje delantero y 67 por 100 sobre el trasero.

Por tanto, la carga que transmiten los volquetes al firme se puede representar en función de las categorías establecidas.

-Presiones de inflado. Por otro lado, hay que tener en cuenta las presiones nominales de inflado de los neumáticos, que dependen del tipo de los mismos.

-Presión de contacto y geometría de la huella. Para el dimensionamiento de los firmes, como presión de contacto se adopta, en función de la presión de inflado y de la rigidez del neumático, un valor uniforme de 0,62 MPa.

-Características geométricas. En cuanto al diseño geométrico de las pistas, es preciso conocer, para cada categoría de las establecidas, los valores correspondientes a la longitud, anchura y radio de giro de los volquetes. Se toman, como valores característicos, los mayores de cada categoría.

- Velocidades. Finalmente, también de interés pare el diseño geométrico son las velocidades máximas que pueden desarrollar los volquetes y que varían entre los 40 y los 75 km/h. En principio, no es posible asignar una velocidad máxima característica para cada categoría. Sin embargo, esto no tiene mayor importancia, salvo excepciones, ya que el trazado va a imponer velocidades de recorrido sensiblemente menores incluso al valor de 40 km/h.

6.3. Trazado en planta

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El trazado en planta está constituido por una sucesión de alineaciones rectas y curvas circulares y, a veces, curvas de transición, de curvatura variable, entre ellas.

6.3.1 Alineaciones rectas.

Para que el conductor pueda adaptarse sin dificultades a los cambios de dirección, debe procurarse que no sean demasiado cortas. Así, para una velocidad de 20 km/h entre curvas de sentido contrario de giro, las alineaciones rectas deben tener una longitud mínima de unos 35 metros, mientras que, entre curvas del mismo sentido de giro, esa longitud mínima habría de ser de unos 70 metros.

6.3.2. Curvas circulares

Hay que atender a su radio y al peralte (sobreelevaci6n hacia e( lado exterior de la

curva) con el que se deben dotar. EI valor mínimo absoluto que debe tener el radio

de :una curva circular es el radio de giro mínimo de los vehículos. Sin embargo, curvas

con esos radios exigirían ser tomadas con velocidades prácticamente nulas, por debajo

de los 10 km/h.

Por otra parte, debe fijarse un peralte máximo (pare evitar problemas de deslizamiento

hacia el interior de la curva) en función de la categoría de los vehículos. Para las

categorías P1 y P2 este peralte máximo se fija en el 6,5 %, mientras que para las

categorías P3 y P4 se fija en el 5 %.

Finalmente, y con independencia de lo anterior, en la Tabla 8.3 se dan las relaciones

recomendables entre radio de una curva circular, peralte con el que se la debe dotar y la

velocidad de recorrido, de la misma, más adecuada.

Tabla 8.3. Peraltes y velocidades de recorrido. Relaciones entre radios de curvas circulares.

Radio (m) 12 25 50 75 100 150

Peralte máximo (%) 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0

Velocidad (km/h) 10 • 15 20 22 25 30

6.3.3. Curvas de transición

Las curvas de transición son alineaciones, de curvatura variable, que se disponen ,entre

alineaciones rectas y curvas circulares, o entre curvas circulares de diferente radio. Su

misión es proveer un cambio gradual (por tanto, cómodo y seguro) de la curvatura y, en

su caso, del peralte. Dado que este se limita severamente y las velocidades son

reducidas, en las pistas mineras se pueden obviar las curvas de transición.

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Cuando las velocidades puedan superar los 35 km/h, conviene suavizar la transición

recta-curva; por ejemplo, arrancando con una curva de radio doble unos 20 metros,

antes del punto de tangencia teórico, y empalmando con la curva original unos 10

metros después de dicho punto. Lógicamente, la curva debe desplazarse hacia el

interior para mantener las tangencias.

6.4.1. Inclinación de rasante.

El primer criterio de diseño es el relativo a que no son deseables los tramos con gran

inclinación longitudinal, sobre todo si son largos, por la reducción que provocan en la

velocidad de los vehículos al subir, que afecta a la producción horaria, y por su

incidencia desfavorable en:

La seguridad, mayores distancias de frenado al bajar.

Los costes de operación, mayor consumo de carburante y mayores tiempos de

recorrido.

Los costes de conservación, aparición de roderas.

Tampoco interesan, sin embargo, tramos horizontales que puedan dar lugar a

problemas de evacuación de aguas pluviales.

Atendiendo a criterios puramente mecánicos, las pendientes que pueden remontar y

descender los volquetes son superiores al 20 %; sin embargo, por cuestiones de

seguridad, el límite hay que situarlo en el 15 % e, incluso, en valores menores en zonas

en las que sea posible la formación de placas de hielo. Introduciendo consideraciones

de tipo económico, se ha comprobado que, salvo zonas muy localizadas, las pendientes

en continuo no deben superar el 7 a 9 % y que el máximo absoluto se puede situar en el

10 %. En cuanto a la inclinación mínima, el Mínimo absoluto se recomienda fijarlo en el

0,5 % (este mínimo debe ser del 1 %. en zonas de transición de peralte, en las que la

pendiente transversal de la pista Ilega a anularse).

6.4.2. Acuerdos verticales

La existencia de cambios de rasante suele limitar la visibilidad disponible, por lo que

los acuerdos verticales correspondientes deben dimensionarse de forma que se

alcance, como mínimo, la distancia de visibilidad necesaria (Fig. 8.34).

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Figura 8.34. Acuerdo vertical.

Esto conduce a que los acuerdos verticales han de tener una longitud mínima, la cual

viene dada por la siguiente expresión:

L (m) = 1.400 x ө

Donde ө es el valor absoluto de la diferencia algebraica de las pendientes de as

rasantes uniformes en tanto por uno.

Cuando ө ≤ 0,11, la longitud mínima del acuerdo será de 150 metros,

independientemente de Ia expresión anterior. Por otra parte, si 8 < 0,02, no es

necesaria la disposición de acuerd..

6.5.1. Anchura

La anchura de las pistas es función de las dimensiones de los volquetes, de manera que

sea suficiente para que la operación de transporte se Ileve a cabo con continuidad y en

condiciones de seguridad. En cuanto al número de carriles en que ha de subdividirse la

anchura total, las pistas mineras son diseñadas, generalmente, con solo dos carriles,

debido, por un lado, a Ia baja intensidad de tráfico y, por otro, a la escasa disponibilidad

de espacio (Fig. 8.35). Excepcionalmente, puede recurrirse a un solo carril con

apartaderos. Sin embargo, los tramos exteriores de las pistas que conducen a los

vertederos o a las machacadoras primarias suelen diseñarse con más de un carril en

cada sentido.

Figura 8.35. Diseño de una pista de dos carriles para volquetes de 85 t.

Tabla 8.4. Anchuras mínimas recomendadas para pistas mineras.