Rampas de Escape

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA DE MINAS

PARAMETROS DE LAS RAMPAS DE ESCAPE COMO SISTEMA DE FRENADO DE EMERGENCIA DE LOS VOLQUETES KOMATSU 730E DE LA UNIDAD MINERA LAGUNA NORTE

TESIS PARA OPTAR EL TTULO PROFESIONAL DE INGENIERO

DE MINAS

AUTORES: Br. Marino Aguilar, Herald Valtyer Br. Silva Santisteban Fernndez, Manuel

ASESOR: Msc. Ing. Eusebio Antonio Araujo

TRUJILLO PER 2010

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DEDICATORIA

Herald Valtyer Marino Aguilar

A mis padres, Rosa y Teodoro por su abnegada

e invalorable dedicacin en mi formacin

profesional y a mis hermanos Kelly y Vctor por

apoyarme siempre.

A mis maestros de la Escuela de

Ingeniera de Minas UNT, por sus

enseanzas y consejos.

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DEDICATORIA

Manuel Silva Santisteban Fernndez

A los docentes de la Escuela de Ingeniera

de Minas de la Universidad Nacional de

Trujillo, por todos los conocimientos

aprendidos y asimismo a los profesionales

de la empresa Minera Lagunas Norte por

el apoyo brindado en la realizacin de esta

tesis.

A Dios, por todas las oportunidades que me

ha dado hasta este momento a travs de la

vida, asimismo a mi madre Yndaura por su

dedicacin constante en mi desarrollo

personal y profesional, y a mi hermano

Alejandro por el apoyo constante.

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AGRADECIMIENTO

A la Universidad Nacional de Trujillo por habernos dado la oportunidad de ingresar en sus aulas y forjarnos como profesionales, en particular a los catedrticos de la Escuela Acadmica Profesional de Ingeniera de Minas, quienes volcaron todas sus experiencias, concejos y conocimientos, gracias a los cuales hoy podemos alcanzar el preciado objetivo de ser profesionales tiles a la sociedad, nuestro sincero agradecimiento y reconocimiento en la invalorable labor que cumplen como moldeadores de muchos jvenes que representan el porvenir de nuestro pas.

Expresamos nuestro agradecimiento a la Gerencia de Operaciones, Ing. Hugo Romn, a los ingenieros y operadores que laboran en el rea de Operaciones Mina de la Unidad Minera Lagunas Norte - Corporacin Minera Barrick Misquichilca, quienes permitieron desarrollar el presente trabajo de investigacin en la unidad de produccin antes mencionada.

Adems agradecemos de manera especial a los ingenieros de la Unidad Minera Lagunas Norte; Vctor Moreno y Filiberto Mamani, a nuestro asesor Msc. Ing. Eusebio Antonio, catedrtico de nuestra casa de estudios, quienes estuvieron siempre dispuestos para aportar con sus conocimientos y experiencias en la ejecucin de la presente tesis.

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RESUMEN

El peligro que existe en el acarreo de grandes volmenes de material (mineral y desmonte) en la minera superficial, involucra un riesgo de alto potencial que puede ocasionar incidentes con dao a la persona como tambin al equipo pesado, esto debido principalmente a la falla en el sistema de frenado de las unidades de acarreo. Con las rampas de escape se puede minimizar este riesgo, pero en algunas empresas la falta de estas, es asumida como un riesgo de trabajo, dejando de lado lo establecido en el D.S. 046-94-EM en su Art. 196, tems h e i, en el que se indica la obligatoriedad del uso de carreteras de alivio (Rampas de escape) en vas con pendientes mayores a 5%.

Por este motivo en la presente tesis se ha identificado y calculado los parmetros de las rampas de escape como un sistema de frenado de emergencia de los volquetes Komatsu 730E, de la unidad Minera Lagunas Norte, obteniendo como resultado los siguientes valores: Distanciamiento entre rampas de escape= 500 m., Velocidad mxima permisible = 60 km/hr, Pendiente = 8%, ancho = 25 m., longitud de parada = 12.5 m., longitud de desaceleracin = 50 m., ancho de berma = 5.28 m., altura de berma = 2.64 m., material = grava suelta.

Con los parmetros calculados y con su diseo aplicado en el campo nos permitirn poner a buen recaudo al operador y su volquete, lo cual justifica el presente trabajo en trminos de prevencin de accidentes y est acorde con la cultura de seguridad que practica la Corporacin Minera Barrick.

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ABSTRACT

The danger that exists in the transportation of big volumes of material (ore and waste) in the superficial mining industry, involves a risk of potential high place that can cause incidents with hurt to the person as also to the trucks, this owed principally to the fault in the braking system of the units of transportation. With the runaways it is possible to minimize this risk, but in some companies the lack of these, is assumed as a risk of work, leaving of side the established in the DS 046-94-MS in its article 196, item "h" and "i", in which indicates the mandatory use of "relief road" (escape ramps) on the road with slopes greater than 5%. In this work we have endeavored to identify and calculate the parameters required for escape ramps as an emergency braking system of Komatsu 730E dump trucks, on the ramps main to the Lagunas Norte mining unit, resulting in the following values: Distances between runaways = 500 m., maximum permissible speed = 60 km/hr, slope escape ramp = 8%, Radio of enter = 110 m., transition slope = 26.8 %, width = 25 m., length of stop = 12.5 m., deceleration length = 50 m., berm width = 5.28 m., berm height = 2.64 m. and material gravel. The calculated parameters and the design of which applied in the field, will allow us to safekeeping the operator and his dump truck, which justifies the present work in terms of prevention of accidents and is consistent with the safety culture that professes the mining corporation Barrick, which is why we suggest you consider when designing the main roads (Haul Road) in the mining unit Lagunas Norte.

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NDICE Dedicatoria..........i Agradecimiento.iii Resumen...iv Abstract...v ndice..vi Listado de tablas..ix Listado de figuras..x Nomenclatura...xi

CAPITULO I INTRODUCCIN

1.1 Realidad problemtica..2 1.2 Antecedentes..3 1.3 Marco Terico.8

1.3.1 Rampas principales.10 1.3.2 Rampas de escape (Runaways)...10

1.3.2.1 Tipos de rampas de escape....11 A) Rampas con montculos11 B) Rampas descendentes..12 C) Rampas horizontales.....13 D) Rampas Ascendentes.......13

1.3.2.2 Criterios de diseo.14 A) Ubicacin.....15

A.1) Otras consideraciones en la ubicacin...........17 B) rea de ingreso......18 C) rea de desaceleracin.21 C.1) Longitud de la rampa.........22 D) Resistencia a la rodadura.....24 E) rea de parada25 F) Tipos de materiales del terreno....27

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1.3.2.3 Mantenimiento de la rampa de escape..27 1.3.3 Sistema de Frenos en volquetes Komatsu 730E.31

1.3.3.1 Freno de retardo dinmico..32 1.3.3.2 Freno de servicio..32 1.3.3.3 Freno de bloqueo (carga y descarga)...33 1.3.3.4 Freno de estacionamiento..33

1.4 Enunciado del problema.34 1.5 Hiptesis...34 1.6 Objetivos...35

1.6.1 Objetivo general................35 1.6.2 Objetivos especficos.....35

CAPITULO II MATERIALES Y MTODOS

2.1 Materiales y Mtodos...37 2.1.1 Material.37

2.1.1.1 Volquete Komatsu 730E...37 2.1.1.2 Rampas principales A y B.38 2.2 Mtodo...40 2.3 Procedimiento...41 2.3.1 Evaluacin de riesgos a nivel de campo..41 2.3.2 Evaluacin de las condiciones de seguridad de las rampas Principales41 2.3.3 Determinacin de los parmetros de las rampas de escape43 2.3.4 Rampa de escape 01...43 A. Pendiente..44 B. Dimensiones de la rampa de escape 01.44 C. Material.48 D. Dimensiones de la berma perimetral...48 E. Diseo final...49 2.3.5 Rampa de escape 02...50

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A. Pendiente..50 B. Dimensiones de la rampa de escape 01.50 C. Material.53 D. Dimensiones de la berma perimetral...54 E. Diseo final...55 2.3.6 Rampa de escape 03...55 A. Pendiente..56 B. Dimensiones de la rampa de escape 01.56 C. Material.59 D. Dimensiones de la berma perimetral59 E. Diseo final...60

CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIN

3.1 Resultados...........................................................................................62 3.2 Discusin de resultados.......................................................................64

CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Conclusiones.69 4.2 Recomendaciones70

CAPITULO V REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

5.1 Referencias bibliogrficas...72

ANEXO Anexo I..75

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LISTADO DE TABLAS

Tabla 01: Relacin entre el peralte y la velocidad de ingreso del volquete....18 Tabla 02: Relacin entre el peso y ancho del volquete20 Tabla 03: Longitud de la Rampa de escape...22 Tabla 04: Resistencia al rodado & grado equivalente......23 Tabla 05: Distribucin entre rampas de escape en funcin a la velocidad mxima permisible..29 Tabla 06: Dimensiones de las Vas principales.39 Tabla 07: Espaciamientos entre rampas de escape de acuerdo a la pendiente en la va principal43 Tabla 08: Altura de la berma en funcin del tipo de camin en la rampa de escape N 01...44 Tabla 09: Relacin de ingreso entre la velocidad y el radio de ingreso en la rampa de escape N 0 1.45 Tabla 10: Limites de velocidad con lo que estn seteados los camiones..46 Tabla 11: Dimensiones de la berma perimetral en la rampa de escape N 01.....48 Tabla 12: Altura de la berma en funcin del tipo de camin en la rampa de escape N 2.51 Tabla 13: Relacin de ingreso entre la velocidad y el radio de ingreso en la rampa de escape N 251 Tabla 14: Dimensiones de la berma perimetral en la rampa de escape N 02.54 Tabla 15: Altura de la berma en funcin del tipo de camin en la rampa de escape N 03...56 Tabla 16: Relacin de ingreso entre la velocidad y el radio de ingreso en la rampa de escape N 03..57 Tabla 17: Dimensiones de la berma perimetral en la rampa de escape N 03.......59

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Tabla 18: Estndares finales de las rampas de escape.............62 Tabla 19: Estndares de las rampas de escape............................63

LISTADO DE FIGURAS

Figura 01: Accidentes Fatales por tipo Ao 2008 7 Figura 02: Fuerzas que actan sobre un volquete.9 Figura 03: Rampa con montculo12 Figura 04: Rampa descendente..12 Figura 05: Rampa horizontal13 Figura 06: Rampa ascendente.13 Figura 07: Volquete descarrilndose..15 Figura 08: Vista en planta de la rampa de escape26 Figura 09: Vista en perfil de la rampa de escape..26 Figura 10: Seccin transversal de la rampa de escape...26 Figura 11: Sistema de frenos del volquete Komatsu 730E..31 Figura 12: Freno de retardo dinmico.32 Figura 13: Freno de servicio.32 Figura 14: Panel de freno de carga y descarga.33 Figura 15: Panel de freno de estacionamiento.........34 Figura 16: Vista lateral del volquete Komatsu 730E.37 Figura 17: Vista frontal del volquete Komatsu 730E.....37 Figura 18: Vista trasera del volquete Komatsu 730E37 Figura 19: Vista de perfil de la va principal B..38 Figura 20: Posible ubicacin de la rampa de escape 01.....43 Figura 21: Vista de perfil de la va principal B45 Figura 22: Vista de perfil de la berma perimetral...49 Figura 23: Modelo final de la rampa de escape 1.....49 Figura 24: Posible ubicacin de la rampa de escape 2....50 Figura 25: Vista de perfil de la berma perimetral...54 Figura 26: Modelo final de la rampa de escape 2.....55 Figura 27: Posible ubicacin de la rampa de escape 3.......55

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Figura 28: Vista de perfil de la berma perimetral...60 Figura 29: Modelo final de la rampa de escape 3.....60 Figura 30: Relacin entre la velocidad de ingreso y la longitud de la rampa de escape (8% va principal)...65 Figura 31: Relacin entre la velocidad de ingreso y la longitud de la rampa de escape (10% va principal).....66 Figura 32: Relacin entre la velocidad de ingreso y la longitud de la rampa de escape (12% via principal)..67

NOMENCLATURA

AASHTO: Trmino en ingls referente a American Association of State Highway and Transportation Officials.

ABS: Sistema electrnico antibloqueo de llantas, durante una frenada, que mantiene la maniobrabilidad del vehculo. Antilock Brake System.

Angulo de Deflexin: Angulo con el cual cambia la direccin del alineamiento.

ANSI: Instituto Nacional Americano de Normas (Por sus siglas en ingls).

Art. : Se refiere al artculo correspondiente de la constitucin poltica del Per.

B.H.P.: Empresa minera internacional dedicada a la explotacin y beneficio de recursos minerales, en Per tenemos a su sucursal BHP Billinton Tintaya en el departamento del Cuzco.

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Bombeo: Inclinacin que nace del eje de acceso o va hacia los extremos para la evacuacin de las aguas.

Dispatch: Sistema de administracin de camiones, para optimizar los tiempos y costos en la operacin minera.

D.S. 046-94-EM: Decreto supremo referente al reglamento de seguridad e higiene minera decretado en 1994 en nuestra constitucin poltica del Per.

fps2: Unidad de medida inglesa de la gravedad terrestre, en pies por segundo al cuadrado.

Goic: Pantalla de los equipos que interacta con el sistema dispatch.

GPS: Sistema de navegacin satelital. Global Positionning System.

Haul Road: Rampa principal por donde transitan los volquetes komatsu 730E de la mina en estudio.

Hub: Receptor y emisor de seal GPS ubicado en la cabina del camin.

K730E: Modelo del camin Komatsu, 730000 lbs. Elctrico, de una capacidad mxima de 200 TN.

Km/Hr: Unidad de velocidad, referente a kilmetros por hora.

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Lock-out: Bloqueo individual o mltiple para brindar proteccin a los trabajadores.

MPH: Unidad de medida de velocidad en millas por hora.

m/s2: Unidad de medida de la gravedad terrestre, en metros por segundo al cuadrado.

NHTSA: Trmino en ingls referente a National Highway Traffic Safety Administration.

Pendiente: Inclinacin positiva o negativa de una va expresada en %.

Peralte: Inclinacin que se le da a la curva para vencer la fuerza centrfuga que hace que el vehculo salga por la tangente.

PSI: Pound per square inch (Libras por pulgada cuadrada)

Radius: Trmino en ingls, referente al radio de curvatura de ingreso a la rampa de escape, expresado en metros.

Superelevation: Trmino en ingls, referente a la pendiente de elevacin de una rampa, expresada en porcentaje.

U.S.: Trmino en ingls referente a United Status (Estados Unidos). VMP: Es la velocidad mxima permisible que un volquete

puede desarrollar en una rampa principal.

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CAPTULO I

INTRODUCCION

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1. INTRODUCCIN

1.1. REALIDAD PROBLEMTICA

Actualmente el proceso de acarreo involucra el movimiento de grandes volmenes de material, tanto mineral como desmonte, mediante el uso de volquetes de gran capacidad, circulando a diferentes velocidades por las vas principales las cuales de acuerdo a la topografa y el diseo de ingeniera cuentan con pendientes pronunciadas (8%-10%), esto constituye un peligro latente ya que la mayora de las vas no cuentan con las medidas de seguridad necesaria para evitar accidentes ante una posible falla del sistema de frenado (freno de servicio, freno de parqueo, freno de estacionamiento y el retardador dinmico) de los volquetes. Considerando an lo mencionado en el D.S. 046-94-EM en su Art. 196, tems h e i, que los denomina carreteras de alivio e indica la obligatoriedad de su construccin en vas con pendientes mayores a 5%.

La ausencia de dispositivos de seguridad (rampas de escape) dificultan la parada de un volquete fuera de control, complicndose en operaciones de acarreo con situaciones de clima adverso tales como lluvia, neblina, etc., cuando falla el sistema de frenado del equipo, en la mayora de los casos ha dado como resultado la prdida de vidas y considerables daos al equipo. Por ello deben ser incorporadas necesariamente en el diseo de las vas principales de las minas, en estas rampas de escape podrn ponerse a buen recaudo los operadores y los volquetes que se encuentren fuera de control a causa de una falla en el sistema de frenado.

Actualmente en la unidad minera Lagunas Norte, por su poltica de prevencin y seguridad, la compaa viene considerando la construccin de rampas de escape. A travs de esta investigacin se describen los parmetros adecuados para el diseo y construccin de las mismas en las

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vas principales A y B. Adems del riesgo en la falla del sistema de frenado del volquete se suman otros factores como por ejemplo: climticos (neblina densa, lluvia, etc.), desconcentracin del operador, maniobras inadecuadas, piso resbaladizo etc.; ante estos riesgos se podran utilizar las rampas de escape a fin de que el operador y el equipo sean salvaguardados. En esta investigacin nos enfocamos netamente al peligro que existe ante la falla del sistema de frenado del volquete Komatsu 730E durante su recorrido por una va principal.

Cuando el volquete sufre desperfectos y no es posible mantener un adecuado control sobre el mismo, existe una solucin, que garantiza una frenada eficiente, de todo tipo de vehculos, incluyendo a los de mayores dimensiones como de los volquetes Komatsu 730E, esta solucin es llamada RAMPAS DE ESCAPE.

1.2 ANTECEDENTES

La explosin tecnolgica sufrida por el mundo entero a finales de los aos 70, ocasion un cambio brusco en la mentalidad de los empresarios y en el mundo de las industrias de la poca. Han pasado ms de 35 aos y la velocidad del avance cientfico y tecnolgico no se ha detenido, lo que ha repercutido en la forma de abordar el concepto de produccin en la minera en funcin del proceso de acarreo y los sistemas de seguridad para la prevencin de accidentes.[1]

En 1997, la compaa minera internacional B.H.P., debido a un inaceptable ratio de incidentes relacionados a volquetes pesados y vehculos livianos y como resultado de un accidente fatal por falla del sistema de frenado de uno de sus volquetes en una de sus minas de carbn llamada Blackwater, estableci como estndar internacional en todas sus minas el diseo y construccin de rampas de escape como solucin a los problemas de frenado. [1]

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A nivel mundial en minas como en Australia, Canad y en Sudamrica (Veladero-Chile) y en el Per en minas como Cerro Verde y BHP Billinton Tintaya, se han diseado y construido rampas de escape obteniendo resultados positivos ante una falla del sistema de frenado de los distintos tipos de volquetes que transitan por diferentes minas del mundo. La transnacional BHP Billinton ha realizado estudios especficos de diseo y construccin de las rampas de escape en distintas minas de esta corporacin internacional. Esta empresa minera a travs de su rea de ingeniera y desarrollo ha generado un documento llamado Mine Road Design Guidelines (Manual de diseo de vas mineras) que ha sido creado en referencia a estudios realizados sobre rampas de escape en todas las minas que conforman esta corporacin.

Las rampas de escape o de emergencia tambin se han utilizado en las carreteras de trnsito pesado en los pases de Mxico y Australia, estas rampas permiten detener con seguridad a los volquetes de carga pesada que tuvieran problemas de frenado, por lo general estas rampas son tramos largos construidas de arena o grava, las cuales se ubican junto a las carreteras con una gradiente considerable y diseada para dar cabida a volquetes grandes. El tipo de grava o arena permite disipar la velocidad del camin de manera controlada, lo que permite al conductor que se detenga de manera segura [1].

En la ciudad de Mxico se han aplicado normas como la PROY-NOM-036-SCT2-2007 sobre rampas de emergencia para frenado en carreteras. Humberto Trevio Landois, Subsecretario de Transporte y Presidente del Comit Consultivo Nacional de Normalizacin de Transporte Terrestre de Mxico, orden la publicacin de la Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-036-SCT2-2007, en el Diario Oficial de la Federacin, haciendo mencin a las rampas de emergencia para frenado en carreteras. [2]

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El lunes 17 de Abril del 2007 en la carretera Puebla-Orizaba en la rampa de emergencia en Cumbres de Maltrata ocurri un accidente de un mnibus, este accidente fue ocasionado por la impericia del conductor, ya que la rampa de emergencia cuenta con el sealamiento adecuado y ha sido utilizada de manera exitosa en los ltimos aos. En el parte policial indica que la principal causa del accidente fue que el autobs, con un sobre cupo de pasajeros, se qued sin frenos por el mal estado mecnico de la unidad, sumado a la impericia del conductor al abordar la rampa de emergencia. La rampa ha sido empleada a la fecha en 53 ocasiones por diferentes tipos de vehculos y en todos los casos de manera exitosa: en el ao 2003 por 11 vehculos; el 2004 por 19; en el 2005 por 15 y en lo que va del presente ao 8 vehculos. [2]

En la industria minera del carbn al Oeste de Virginia de acuerdo a BrickStreet Mutual Insurance Co. La cual est concientizada en temas de seguridad minera, tuvo que registrar varios accidentes, dentro de los cuales est involucrado el descarrilamiento de los volquetes de las vas principales. [3]

La mayora de minas al oeste de Virginia y Pennsylvania sufren del problema del descarrilamiento de sus volquetes, sumando a esto que cuando se descarrilaban los volquetes generaban accidentes fatales los cuales generan grandes prdidas, es por eso que decidieron implementar las rampas de escape para as evitar prdidas humanas y un dao considerable a los equipos.[3]

El 10 de Febrero del 2004 en la mina Colony Bay ubicada en Boone County, aproximadamente a las 18:30 hrs. en una de sus vas principales ocurri un accidente fatal, la vctima era el operador de un volquete gigante, las investigaciones indicaron que al equipo le fall el sistema de frenado en el momento que se encontraba descendiendo en un rampa, en la cual perdi el control del volquete y choc contra el muro de un estanque de sedimentos y luego avanz 21 mts. a lo largo de la va, paralelo al

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estanque, cayendo finalmente a travs de un terrapln al estanque, el operador fue auxiliado y hospitalizado pero falleci el 26 de febrero del 2004.

Ante las estadsticas presentadas por la Administracin de la Carretera Federal de U.S. en 1989 es que reportan en el Manual de Usuarios "Sistema de Evaluacin de accidentes en vas principales" como prueba de la magnitud de accidentes de los volquetes, por la ausencia de rampas de escape.

En uno de los estados de USA, uno de cada seis accidentes de volquetes fue causado por la falta de control del volquete en descenso.

En 1981, un estudio de la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) estim que los incidentes de volquetes descarrilados totalizaron 2,450 al ao, causando prdidas de hasta $37 millones hasta aquel entonces. Del total, se estim que en promedio 2150 volquetes descarrilados usan rampas de escape generndose prdidas aproximadamente sobre el milln de dlares entre todos ellos. El faltante se estim en 300 choques de los volquetes, por no usar rampas de escape, generndose prdidas mayores a los 36 millones de dlares. La mayora de los volquetes descarrilados sobrepasan las 60,000 libras, concluyndose que la causa principal de la falla del sistema de frenado se deba al sobrecalentamiento del mismo. [9]

A partir de 1990, se llegaron a construir 170 rampas de escape de los volquetes, dentro de 27 estados en USA, tres veces ms de lo reportado en 1970. Mientras que la mayora de estas rampas se localizan en estados occidentales, ubicndose 60 rampas en 12 estados localizados al este del Ro Mississippi. Los estados que no cuentan con rampas de escape son primordialmente los estados sureos y los de la zona de las Praderas. Las rampas construidas hasta el momento han reportado un informe, en el cual se indica la variacin sobre el grado de su uso. Pero an as el uso inusual no puede condicionar la construccin de una rampa de escape. [9]

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La combinacin de volquetes de carga pesada y el descenso en rampas de gran pendiente, por mucho tiempo han presentado condiciones potencialmente peligrosas para operadores de volquetes y otros operadores de otros equipos en la rampa. El problema de la prdida del control del volquete es generalmente debido a fracasos del freno.

La falta de entrenamiento de los conductores para controlar un volquete acelerado en las rampas de descensos no es slo arriesgado sino tambin puede tener desfavorables consecuencias econmicas para la empresa minera. [9]

El siguiente grfico (Figura 1) nos muestra en porcentaje, el total de los accidentes involucrados con el acarreo y transporte durante el 2008 en Per:

FIGURA 1: Accidentes fatales por tipo Ao 2008 Fuente: Wikipedia

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Los antecedentes revisados con relacin al presente tema nos conducen a considerar el diseo de las rampas de escape durante la elaboracin del planeamiento estratgico como la herramienta que nos permitir adelantarnos a los hechos y de esa forma mitigar el riesgo en el que estamos involucrados.

1.3 MARCO TERICO

Las condiciones prevalecientes del sitio en donde se construye una rampa principal en casos extremos pueden determinar el diseo de un alineamiento vertical con tangentes de pendientes descendentes continuas y prolongadas. La combinacin de estas condiciones con fallas mecnicas de los vehculos, principalmente en sus sistemas de frenos, puede propiciar la ocurrencia de accidentes fatales. Para evitar en lo posible tales accidentes puede recurrirse al diseo de las rampas de emergencia para frenado, tambin conocidas como rampas de escape o simplemente rampas de emergencia.

Algunas investigaciones aportaban datos sobre el uso, como las caractersticas y la velocidad de los volquetes que ingresaban a una rampa y la velocidad a la que viajaban antes de ser detenidos. A partir de esa informacin se construyeron frmulas para determinar la longitud de las rampas en funcin de la velocidad de ingreso de los vehculos, la inclinacin de stas y la resistencia de rodado de su superficie.

Las fuerzas que actan en cada volquete, tal como se muestra en la Figura 2, y que afectan la velocidad de stos incluyen el motor, frenos y la sumatoria de fuerzas que actan directamente sobre el mvil. La fuerza del motor y de los frenos pueden ser ignoradas en el diseo de las rampas, puesto que stas debern ser diseadas considerando el caso ms desfavorable, el cual es que los vehculos estn completamente fuera de control y que los frenos estn descompuestos.

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Ahora bien, la sumatoria de fuerzas que acta sobre el vehculo es: la inercia, el aire, la resistencia al rodado y la pendiente

La inercia puede ser definida como una fuerza que se resiste al movimiento del vehculo o lo mantiene, a menos que sobre el vehculo acte una fuerza externa. La inercia podra ser superada por un incremento o una disminucin de la velocidad del vehculo. La resistencia al rodado y la gradiente pueden romper la inercia de un vehculo.

La resistencia al rodado es la resistencia al movimiento generado por el rea de contacto entre los neumticos de los vehculos y la superficie de la carpeta de rodado y es aplicable solamente cuando el vehculo est en movimiento. Su influencia depende principalmente del tipo de superficie en la que el mvil se desplace.

La pendiente se debe al efecto de la gravedad, pudiendo ser sta positiva (gradiente) o negativa (pendiente) y se expresa como la fuerza requerida para mover un vehculo a travs de una distancia vertical.

La resistencia del aire es una fuerza negativa y que retarda el movimiento al estar sta en contacto con muchas superficies del vehculo. El aire causa una significativa resistencia para velocidades por encima de los 80 Km./h y es despreciable bajo los 30 Km./h. Generalmente, el efecto de la resistencia del aire ha sido despreciable en la determinacin de las

FIGURA 2: Fuerzas que actan sobre un volquete

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longitudes de las rampas de escape, debido a que introduce un pequeo factor de seguridad en su diseo.

1.3.1 RAMPAS PRINCIPALES

Son las rampas por donde transitan constantemente los volquetes para el carguo, acarreo y descarga, estas rampas cuentan con un diseo especial de acuerdo a las dimensiones del vehculo mas grande que transite por dicha rampa, por lo general son de doble sentido y con una pendiente adecuada para el transito normal de los volquetes. Estas rampas deben contar con sus bermas de seguridad y su respectiva sealizacin. Se les conoce tambin con el nombre de Haul Road.

1.3.2 RAMPAS DE ESCAPE

Las rampas de escape tienen un buen potencial para interceptar y detener a volquetes fuera de control, sin embargo el costo de construccin y mantenimiento de estas rampas de escape podra ser muy altos dependiendo de las condiciones topogrficas, los costos mas altos en los que se incurren son atribuidos principalmente a su preparacin en el corte o relleno de material y los materiales para la superficie del runaway. Las rampas de escape generalmente tiene tres reas bsicas en su diseo y construccin: rea de acceso, de desaceleracin y de frenado.

Es como una va auxiliar conectada a la rampa principal, especialmente acondicionada para disipar la energa cintica de los volquetes que queden fuera de control por fallas mecnicas o elctricas, principalmente en sus sistemas de frenos, desacelerndolos en forma controlada y segura, mediante el uso de materiales granulares sueltos y aprovechando, en su caso, la accin de la gravedad.

Las rampas de escape, son construidos normalmente paralelos y adyacentes a las rampas principales. Este tipo de rampas utiliza material

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granular suelto, de manera que se aumente la resistencia al rodado para la detencin total de los volquetes. Estas medidas de seguridad, llamadas indistintamente rampas de frenado, lechos de frenado o cuna de grava, entre otros, se presentan como rampas de escape para aquellos operadores que, con buen criterio, optan por su utilizacin antes de seguir circulando sin tener el debido control sobre el vehculo.

1.3.2.1 TIPOS DE RAMPAS DE ESCAPE

A) RAMPAS CON MONTCULO

Son las que tienen una cama de frenado formada por un montculo de material granular suelto y seco con pendiente ascendente y espesor creciente (ver Figura 3), que funciona como disipador de energa para disminuir y detener la carrera de los vehculos sin frenos por la resistencia a la rodadura de las llantas, la accin de la gravedad por la pendiente longitudinal ascendente del montculo y eventualmente por la friccin entre el material granular y algunas partes del vehculo. Solo se debe utilizar este tipo de rampas cuando se tengan limitaciones de espacio y su conveniencia est sustentada con el anlisis correspondiente.

FIGURA 3: Rampa con Montculo

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B) RAMPAS DESCENDENTES Estas rampas tienen una cama de frenado de espesor uniforme con pendiente longitudinal descendente (Ver Figura 4). La accin de detencin se limita al aumento de la resistencia a la rodadura, y debido a que la accin de la gravedad tiene un efecto acelerador, estas rampas suelen ser las de mayor longitud dependiendo de la magnitud de su pendiente descendente, de las caractersticas del material granular y de la velocidad del vehculo de diseo.

C) RAMPAS HORIZONTALES Estas rampas tienen cama de frenado horizontal de espesor uniforme, sin pendiente longitudinal (Ver Figura 5). La detencin se limita al aumento de la resistencia a la rodadura. Como el efecto de la gravedad en la detencin es nulo, estas rampas suelen ser largas dependiendo de las caractersticas del material granular y de la velocidad del vehculo de diseo.

FIGURA 4: Rampa Descendente

FIGURA 5: Rampa Horizontal

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D) RAMPAS ASCENDENTES Las que tienen una cama de frenado con espesor uniforme y pendiente longitudinal ascendente (Ver Figura 6). Como en la detencin se aprovecha la resistencia a la rodadura y la accin de la gravedad por la pendiente longitudinal ascendente, estas rampas suelen ser menos largas que las rampas descendentes y horizontales.

1.3.2.2 CRITERIOS DE DISEO

Para la elaboracin de una rampa de emergencia para frenado se requiere la informacin detallada del proyecto geomtrico de la rampa principal en el tramo donde se ubicar la rampa, el correspondiente estudio topogrfico y con el estudio geotcnico del rea donde se alojar la rampa o, en su defecto, del tramo de la rampa ms prxima a dicha rea.

La construccin de una rampa de emergencia para frenado slo debe considerarse bajo dos circunstancias, no necesariamente excluyentes entre s. La primera es que exista una alta probabilidad de que, por efecto de un alineamiento vertical continuamente descendente, los volquetes puedan acelerarse a velocidades francamente mayores que las toleradas

FIGURA 6: Rampa Ascendente

28

por el alineamiento horizontal o hasta ochenta (80) kilmetros por hora y que el diez (10) por ciento de los volquetes en un da muestren signos de sobrecalentamiento en el sistema de frenos perceptible por el humo o el olor o que su temperatura estimada alcance los doscientos sesenta (260) grados Celsius. La segunda circunstancia que justifica la construccin de una rampa de emergencia para frenado es la ocurrencia anual de un posible accidente fatal causado por volquetes sin frenos o la ocurrencia potencial de accidentes catastrficos, como los que pueden producirse en el continuo trabajo de la operacin minera. Por ejemplo: El descarrilamiento de los volquetes (Ver Figura 7).

Nunca debe olvidarse que el diseo de las rampas est orientado a salvar vidas y que la persona que conduce un camin, que est completamente fuera de control, no se encuentra en condiciones de tomar decisiones o realizar acciones complejas.

Es por esto que al disear la rampa de escape, incluyendo su sealizacin, se debe generar las condiciones necesarias para que el conductor de un camin con averas conozca de la existencia de la rampa, entienda las maniobras que debe realizar y sienta la confianza

FIGURA 7: Volquete descarrilndose

29

suficiente de ingresar a sta en forma segura y no continuar por la va principal.

Las condiciones mnimas que se deben cumplir en el diseo de una rampa de escape son: contar con un acceso amplio, tener una buena visibilidad de toda la rampa la mayor cantidad de tiempo posible (si el conductor percibe discontinuidades, aunque stas no existan, no entrar en sta), tener una longitud suficiente, colocar los materiales adecuados y contar con un mantenimiento adecuado. Otro elemento que favorece la seguridad de las rampas de escape es la iluminacin nocturna.

A) UBICACIN No es tarea sencilla llegar a determinar cul es el mejor emplazamiento para una rampa de escape. Sin embargo, un factor determinante es la tasa de accidentes ocurridos hasta el momento en todas las minas por los volquetes fuera de control. Otros factores determinantes lo constituyen: el concepto de frenos humeantes, hecho que se registra con la constante utilizacin de los frenos, el cual requiere de un anlisis visual de la ruta; el volumen del trnsito en general, de vehculos pesados; la presencia de curvas, etc. No existe un nico criterio para garantizar una buena ubicacin; a veces se decide en funcin del riesgo potencial que existe para los dems, etc. Sin embargo, los datos estadsticos sobre accidentes, los conocimientos en ingeniera y, el estudio de las caractersticas topogrficas de la mina, son puntos en los que todos coinciden a la hora de consensuar criterios al respecto. En algunas minas de EE.UU., se llego a las siguientes conclusiones, que pueden servir de gua para proyectar las rampas de escape:

Debera ser ubicada en un punto de la pendiente que permita interceptar la mayor cantidad de volquetes fuera de control.

30

Deberan ser construidas antes de las curvas que no puedan ser enfrentadas en forma segura por un vehculo fuera de control.

Debern estar ubicadas al costado derecho y/o izquierdo (dependiendo del sentido de transito de los volquetes) de la rampa principal y en una alineacin tangente a sta, de manera que los vehculos que ingresen lo hagan de una forma segura, ya que una vez dentro de la rampa se pierde la maniobrabilidad.

Deben estar ubicadas en lugares donde se tenga una visibilidad adecuada, tanto para el conductor del vehculo fuera de control como para los conductores de los vehculos que se desplazan en sentido contrario.

A.1) OTRAS CONSIDERACIONES EN LA UBICACIN

El diseo de las rampas de emergencia para frenado se debe hacer de forma tal que se generen las condiciones necesarias para que los conductores de volquetes fuera de control conozcan su existencia, entiendan las maniobras que deban realizar, sientan la confianza suficiente para ingresar a las rampas en forma segura y no continen por la ruta principal, tomando en cuenta que:

Las rampas deben ser claramente visibles para evitar la percepcin de discontinuidades que desalienten la entrada a las mismas.

El acceso a la rampa debe ser amplio y suficiente para alojar la cama de frenado. El ngulo de entrada a cada rampa respecto al eje de la rampa principal, debe ser de cinco (5) grados como mximo, con el fin de asegurar la estabilidad del vehculo durante la maniobra de ingreso a la rampa y su

31

alineamiento horizontal debe ser recto, de manera que los volquetes que ingresen lo hagan de una forma segura.

La longitud de la rampa de frenado (LL) de cada rampa se debe determinar como se indica en el inciso anterior, de forma que sea suficiente para disipar la energa cintica del camin que utilice la rampa.

Cada rampa debe contar con un adecuado sistema de drenaje y subdrenaje que evite el deterioro de las caractersticas del material que forme la rampa de frenado.

Las rampas se deben iluminar para facilitar su uso en condiciones de conduccin nocturna.

B) AREA DE INGRESO

El ingreso desde la rampa principal, es un factor importante en el diseo de la rampa de escape, el cual debera tener un ancho de acuerdo a la velocidad mxima que adquiera un volquete y de la pendiente de la rampa principal; adems debemos incluir en los accesos a los runaways curvas verticales en transicin, desarrollo de curvas horizontales (incluyendo peraltes) y la longitud del runaway. En la siguiente tabla se presenta la relacin entre el peralte y la velocidad de ingreso que debera tener como mximo el volquete al ingresar a la rampa de escape:

32

Velocidad de ingreso a la rampa de escape (Km/hr)

Pendiente de la Va (%)

Pendiente de Transicin

Radio (m)

60 6 8 10

23.1% 26.8% 28.7%

125 110 105

70 6 8 10

19.4% 19.4% 21.3%

170 165 150

80 6 8 10

14.0% 14.0% 15.8%

215 215 190

90 6 8 10

10.5% 12.3% 12.3%

295 260 250

100 6 8 10

08.7% 10.5% 10.5%

385 315 315

VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE

Es la velocidad mxima en la cual el conductor puede mantener control (la direccin) de un camin es llamada "La velocidad permisible mxima del vehculo". Una velocidad mxima debe ser identificada como la recomendable para el ingreso en las rampas de escape. Sin embargo, la ltima velocidad en la cual un conductor todava puede mantener la estabilidad y la gua de su camin vara segn la condicin de diseo de la rampa y la experiencia de operador. La velocidad a aceptar como un criterio orientador para el espaciamiento de rampas de escape puede ser determinada directamente de acuerdo a las condiciones de operacin en la mina.

TABLA 01: Relacin entre el peralte y la velocidad de ingreso del volquete

33

La velocidad mxima de ingreso a una rampa de emergencia para frenado puede determinarse mediante la siguiente expresin, con un lmite mximo de ciento cuarenta (140) kilmetros por hora:

Donde:

Ve = Velocidad de entrada a la rampa, en kilmetros por hora. Vp = Velocidad de operacin medida o estimada de la

carretera, en el sitio donde inicie el tramo con pendientes descendentes continuas o en el sitio de entrada a una rampa cuando se proyecte otra subsecuente, en kilmetros por hora.

n = Nmero de subtramos con pendientes descendentes diferentes, que integran el tramo para el que se proyecta la rampa, (adimensional).

Lpi = Longitud del subtramo i con pendiente descendente Pi, en metros.

R = Resistencia a la rodadura de la superficie del pavimento, 0,010 cuando la carpeta sea de concreto hidrulico 0,012 cuando sea asfltica, (adimensional, expresada en trminos de pendiente equivalente).

Pi = Pendiente descendente (negativa) del subtramo i de longitud Lpi, en metro/metro, (adimensional).

Otro importante elemento del diseo es el ancho de la rampa de escape, la rampa debe tener un ancho lo suficientemente operativo como para que el volquete pueda ingresar sin mucho esfuerzo, a continuacin (Ver Tabla

34

2) se muestran anchos recomendados de acuerdo a los pesos de los volquetes:

El ancho de las rampas de escape debera ser adecuado para permitir el ingreso a ms de un volquete, ya que es poco comn que dos o ms volquetes necesiten utilizar la rampa a la vez. El ancho ptimo debera estar entre los 10,0 y 12,0 m, lo que permitira acomodar dos o ms volquetes de pequea dimensin fuera de control, ya que el primero normalmente ocupara el centro de la rampa de escape, quedando para el segundo vehculo la posibilidad de ubicarse a algunos de los costados.

C) AREA DE DESACELERACION

La mayor contribucin de la rampa de escape es la desaceleracin del volquete fuera de control por medio de una contra pendiente, si tenemos un mayor control de la pendiente, menor ser la longitud requerida de la rampa de escape, en la tabla que se mostrar a continuacin (Tabla 3) detalla las longitudes, la velocidad de ingreso y la pendiente de la rampa de escape.

PESO DEL VOLQUETE (LIBRAS)

ANCHO VOLQUETE (PIES)

< 100,000 15 100,000 a 200,000 18

>200,000 a 400,000 22 >400,000 29

TABLA 2: Relacin entre el peso y ancho del volquete

35

Pendiente de la rampa, en %

Velocidad con que ingresa el camin a la rampa de escape (mph)

15(mph) 25(mph) 35(mph) 45(mph) 55(mph) 20 19 53 103 170 253 15 22 60 117 194 289 10 25 70 137 225 337 5 30 84 164 271 405

La frmula utilizada para determinar la distancia de desaceleracin, fue la siguiente:

(1)

Donde:

S = Distancia requerida para la desaceleracin desde su velocidad de ingreso hasta su detencin total, en pies. V = Velocidad de ingreso a la rampa de escape, en pies por segundo. g = 32.2 fps2

= ngulo de descenso o ascenso, en grados. b = Coeficiente de resistencia a la rodadura, adimensional.

Es importante denotar que el coeficiente de resistencia a la rodadura utilizado para el clculo de distancias es 0.2, este valor de resistencia es en base a un superficie de material no consolidado como arena o tierra suelta, las rampas de escape no deberan ser la continuacin de las

( )22

sin2 bgS v

+=

TABLA 3: Longitud de la Rampa de Escape (Pies)

36

rampas principales y son mas eficientes cuando su resistencia a la rodadura son mas elevadas.

Otra forma de calcular la longitud de la rampa de escape es la siguiente:

LONGITUD DE LA RAMPA

Para la determinacin de la longitud de las rampa de escape requerida por un volquete fuera de control para detener su marcha, se puede aplicar la ecuacin entregada en el documento de la AASHTO A Policy on Geometric Design of Highways and Streets (1994), donde se consideran la resistencia al rodado y la pendiente.

(2)..

Donde:

L = Distancia de parada (m) V = Velocidad de entrada (km/hr) G = Pendiente de la rampa dividida por 100 R = Resistencia al rodado del material de la rampa, expresado como un equivalente de la pendiente, dividido por 100.

D) RESISTENCIA A LA RODADURA

La resistencia al rodado de acuerdo a los diferentes tipos de materiales, expresado como un equivalente de la pendiente, queda expresado en el siguiente cuadro (Ver Tabla 4):

)(2542

GRxVL

=

37

Material Superficial de la rampa

Resistencia al rodado (Kg/1000

Kg)

Grado Equivalente (%)

Concreto con Cemento Portland

10 1,0

Concreto Asfltico 12 1,2

Grava compactada 15 1,5

Tierra arenosa suelta 37 3,7

Agregado molido suelto

50 5,0

Grava suelta 100 10,0

Arena 150 15,0

Gravilla de tamao uniforme

250 25,0

Fuente: A Policy on Geometric Design of Higways and Streets (AASTHO, 1994)

Entonces, por ejemplo, si se asume que las condiciones topogrficas en un sector seleccionado para disear una rampa de escape, imponen una gradiente de un 10 %, lo que implica el valor para la ecuacin G = + 0,10. Si la rampa de frenado se construir con grava suelta, de acuerdo al cuadro anterior el valor de R = 0,10, y la velocidad de entrada del camin es de 140 Km/h, para este caso la rampa de escape deber tener una longitud mnima de 385.83 m.

TABLA 4: Resistencia al Rodado & Grado Equivalente

38

Cuando la pendiente vara dentro de la rampa de frenado, la velocidad final al trmino de la primera pendiente puede ser calculada y utilizada como la velocidad inicial en la segunda pendiente y as sucesivamente.

Utilizando la siguiente frmula:

(3)

La velocidad del volquete es determinada en cada cambio de pendiente del runaway, hasta una longitud suficiente para detener al volquete fuera de control.

En situaciones en que las condiciones topogrficas no permitan la construccin de las longitudes deseadas para las rampas, se pueden utilizar montculos u otros elementos de contencin, como disipadores de energa, para reducir las distancias de detencin. En estos casos se debe utilizar con prudencia este tipo de atenuadores para asegurar que la seguridad de los ocupantes de un vehculo pesado sea aumentada y no puesta en peligro.

Los montculos, en lo posible, debern ser del mismo material con el que fue construido el lecho de frenado y ubicados en un punto del lecho en el cual el impacto que se produzca sea a una velocidad menor que 40 Km/h. Adems debern tener una altura de 0,70 m y un ancho de 3,0 m, con un talud 2:1.

En el caso de utilizar barriles, se recomienda que stos sean llenados con el mismo material utilizado en la rampa ms que con arena, ya que esta ltima podra contaminar la rampa y reducir su resistencia al rodado.

39

E) AREA DE PARADA

Luego que el volquete se detiene lentamente debido a la pendiente de la longitud de desaceleracin y a la alta resistencia a la rodadura de la rampa, se hace necesario detener el camin sin esfuerzo alguno en la rampa de escape, aproximadamente en las partes iniciales de la rampa se toman todas las medidas o previsiones para empezar a detener el camin. Las tcnicas de parada o detencin incluyen lo siguiente:

Un nivel adecuado de la seccin de la rampa de escape en la parte final.

Una berma divisoria, construida sobre la rampa de escape es una de las ms eficientes alternativas para detener el camin, las bermas divisorias son bien apropiadas para su uso en conjunto con las rampas de escape.

Despus que el camin ha reducido su velocidad en la rampa de escape, la grava o arena origina que las ruedas del camin queden retenidas, por lo tanto estos materiales le impiden al volquete ir ms all de lo calculado, esto ser muy efectivo si se realiza el mantenimiento adecuado de la rampa de escape.

La opcin de excavar trincheras o colocar montculos de arena en las rampas de escape, retrasa el movimiento del camin. Estos montculos o baches deben ser completamente compactados para asegurar la integridad del camin.

La direccin manual, es prcticamente imposible hacer algo cuando el camin esta fuera de control y no encuentra un rea de parada, cuando el camin comienza a detenerse el operador debera estar entrenado para que de alguna manera active la transmisin en posicin de parqueo, el freno de emergencia o active la velocidad de transmisin mas baja del equipo y gire las ruedas lejos de la berma de la rampa de escape.

40

Las siguientes figuras (Fig. 8, 9 y 10) representan vistas tpicas en planta, de perfil y secciones de las rampas de escape:

FIGURA 9: Vista en perfil de la rampa de escape

FIGURA 8: Vista en planta de la rampa de escape

Va Hacia

Hacia abajo

FIGURA 10: Seccin Transversal de la rampa de escape

41

F) TIPOS DE MATERIALES DEL TERRENO

Los materiales a ser utilizados en la superficie de las rampas de escape deben ser limpios, no deben ser fciles de compactar y deben tener un alto coeficiente de resistencia al rodado.

Cuando se utilizan ridos, stos deben estar compuestos de elementos redondeados, predominantemente de un mismo tamao y lo ms limpio posible de partculas y contaminacin. El uso de un tipo de material grande y de tamao regular minimizar los problemas derivados de la retencin de humedad y congelamiento, as como tambin minimizar el mantenimiento requerido.

El material utilizado con mayor frecuencia es la gravilla de tamao uniforme, suave, redondeada y no comprimida, cuyo tamao ideal debe estar comprendido dentro del rango 1/4 a 1 1/2 y con un promedio de las mismas entre 1/2 y 3/4. No obstante lo anterior, tambin puede utilizarse grava suelta y arena.

1.3.2.3 MANTENIMIENTO DE LA RAMPA DE ESCAPE

Los trabajos de mantenimiento son esenciales para el funcionamiento adecuado de las rampas de escape. El mantenimiento requiere de un equipo adecuado, que asegure que la rampa est de vuelta en funcionamiento en un perodo mnimo de tiempo.

Es por esto que el uso de herramientas manuales no es aceptado. Con esto tambin se asegura que los trabajadores abocados a esta tarea no estn expuestos a la posibilidad que un vehculo fuera de control necesite utilizar la rampa.

42

Para evitar su compactacin, las rampas deberan ser primero ripiadas y niveladas con las pendientes determinadas; incluso si no han sido utilizadas. Luego de cada uso, el material deber ser soltado y ripiado si fuera necesario. Adems, debera ser limpiado de contaminantes y soltado peridicamente para mantener las caractersticas de contencin del material del lecho y para mantener el buen drenaje del mismo.

El drenaje es un factor fundamental en la vida til de las rampas de escape, por dos razones. La primera es que el congelamiento anula la eficacia del lecho en climas fros, y segundo, el drenaje inadecuado puede llevar a la acumulacin de partculas que llenen los huecos, compacte los ridos y finalmente reduzca el rendimiento de las rampas. Para el caso de las rampas de escape de Lagunas Norte el diseo de los drenajes esta representado en cada rampa diseada.

Experiencias internacionales han demostrado que la falta de drenaje podra llevar a la inutilizacin de las rampas de escape y, por lo tanto, recomiendan algunas medidas para evitar que esto suceda. Una de las medidas bsicas consiste en disear la rampa con una pendiente en la base para interceptar y drenar las aguas que entren al lecho, sumado a sistemas de sub drenes transversales.

ESPACIAMIENTO DE RAMPAS DE ESCAPE La consideracin primaria del diseo para la proteccin de un camin fuera de control es el espaciamiento requerido en las rampas de escape. Si ocurriera alguna situacin de falla del sistema de frenado de un camin, el conductor debe encontrar una provisin de seguridad antes de que su camin choque o vuelque y que le permita hacer maniobras de control.

En la siguiente tabla (Tabla 5) se muestra que las distancias entre las rampas de seguridad estn en funcin a las mximas velocidades permisibles o las velocidades finales del camin. Estas se aplican a cualquier tipo de rampa de escape emitiendo la distancia requerida en

43

pies para un camin y poder as evitar exceder la velocidad permisible del vehculo.

DISTANCIA EN PIES, ENTRE RAMPAS DE ESCAPE CON UNA VELOCIDAD DE INICIO EN LA PERDIDA DEL SISTEMA DE FRENADO DE 20 MPH

BAJADA EQUIVALENTE

(%)

VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE DEL VEHICULO O VELOCIDAD TERMINAL DE ENTRADA PARA EL RUNAWAY

25 30 35 40 45 50 55 60

1 752 1671 2757 4010 5431 7018 8772 10694 3 251 557 919 1337 1811 2340 2924 3565 5 151 335 552 802 1086 1404 1755 2139 7 108 239 394 573 776 1003 1254 1528 9 84 186 307 446 604 780 975 1189 11 69 152 251 365 494 638 798 973 13 58 129 212 309 418 540 675 823 15 51 112 184 268 362 468 585 713

DISTANCIA EN PIES, ENTRE RAMPAS DE ESCAPE CON UNA VELOCIDAD DE INICIO EN LA PERDIDA DEL SISTEMA DE FRENADO DE 10 MPH

BAJADA EQUIVALENTE

(%)

VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE DEL VEHICULO O VELOCIDAD TERMINAL DE ENTRADA PARA EL RUNAWAY

15 20 25 30 35 40 45 50

1 418 1003 1755 2674 3760 5013 6433 8021 3 140 335 585 892 1254 1671 2145 2674 5 84 201 351 535 752 1003 1287 1604 7 60 144 251 382 537 716 919 1146 9 47 112 195 297 418 557 715 892 11 38 92 160 243 342 456 585 730 13 33 78 135 206 290 386 495 617 15 28 67 117 179 251 335 429 535

TABLA 5: Distancia entre rampas de escape en funcin a la velocidad mxima permisible

44

La frmula empleada para procesar los datos de las tablas anteriores fue:

(4)

Donde:

S = distancia entre rampas de escape de acuerdo a la velocidad mxima permisible, en pies.

V = diferencia de velocidades entre la velocidad de viaje en la cual falla el sistema de frenado y la velocidad de ingreso a la rampa de escape, en pies por segundo.

G =32.2 fps2

= ngulo de descenso, en grados b = coeficiente de resistencia al rodado con b= 0.035, el

camin no debe sobrepasar los 100 km/h si llegara a ingresar a la rampa escape.

1.3.3 SISTEMA DE FRENOS EN VOLQUETES KOMATSU 730E

Con el fin de reducir la velocidad de un vehculo en marcha y pararlo completamente, es necesario generar una fuerza que reduzca la velocidad de rotacin de los neumticos. Cuando el conductor pisa el pedal del freno, el dispositivo de frenado genera la fuerza (contrafuerza de la superficie de la carretera) que trata de detener los neumticos y se absorbe la fuerza (inercia) que trata de mantener el vehculo en movimiento, con lo que el vehculo se detendr. En otras palabras, la energa (energa cintica) de los neumticos girando se convierte en calor o en friccin (energa trmica) accionando los frenos que tratan de detener la rotacin de los neumticos.

( )bgSv

=

sin2

2

45

El volquete Komatsu 730E cuenta con los siguientes frenos (Ver Figura 11):

Freno de retardo Dinmico Freno de Servicio Freno de Bloqueo (carga y descarga) Freno de Estacionamiento

1.3.3.1 Freno de Retardo Dinmico

Camin de propulsin elctrica: Motor diesel, alternador, motores de traccin de Corriente Continua (Ver Figura 12).

FIGURA 12: Freno de Retardo Dinmico

FIGURA 11: Sistema de Frenos del Volquete Komatsu 703E

46

El motor transforma la energa elctrica en energa mecnica, pero, tambin puede ocurrir lo inverso, es decir puede transformar la energa mecnica en energa elctrica y comportarse como un generador de Corriente Contnua.

1.3.3.2 Freno de Servicio

Este freno es aplicado por el operador cuando el equipo esta en marcha. (Ver figura 13)

Sistema de frenos de actuacin hidrulica. Presin mxima del sistema 2500 PSI. Se aplica con el pedal izquierdo. Permite modular la presin de frenado. Se aplica a los calipers de las cuatro ruedas. Velocidad mxima de aplicacin 8mph (12,8 km/h) Temperatura de trabajo entre 150 C y 350 C.

1.3.3.3 Freno de Bloqueo (carga y descarga)

Normalmente, usado para comodidad del operador durante las labores de carga y descarga en los puntos correspondientes (palas, chancadora, botaderos, etc.). Se acciona mediante un interruptor. (Ver figura 14)

Se aplica en las ruedas traseras, solamente.

FIGURA 13: Freno de Servicio

47

Presin mxima de aplicacin 1500 PSI. No se puede modular la presin de aplicacin. Aplica en los cuatro calipers de los cuatro discos de las

ruedas traseras. Al tener una presin de aplicacin regulada se disminuye el

riesgo de malograr los componentes del freno posterior.

1.3.3.3 Freno de Estacionamiento

Se aplica de forma mecnica, por medio de resortes de expansin de alta tensin, por lo tanto es un freno de aplicacin mecnica. Se liberan hidrulicamente. Se aplican a las ruedas posteriores. Slo aplica a menos de 0,5 km/h. A mayores velocidades el sistema electrnico no aplica el freno para proteger al sistema de recalentamiento y desgaste innecesario. No es funcional en casos de emergencia. Se acciona mediante un interruptor. (Ver figura 15)

FIGURA 14: Panel del Freno de Carga y Descarga

FIGURA 15: Panel del Freno de Estacionamiento

48

1.3 ENUNCIADO DEL PROBLEMA

Cuales son los parmetros requeridos de las rampas de escape como sistema de frenado de emergencia de los volquetes Komatsu 730E, de la unidad minera Lagunas Norte?

1.4 HIPOTESIS Los parmetros requeridos de la rampa de escape como sistema de frenado de emergencia de los volquetes Komatsu 730E, de la unidad minera Lagunas Norte son: Dimensiones geomtricas, pendiente, material y dimensiones de la berma perimetral de seguridad de la rampa de escape.

1.5 OBJETIVOS

1.5.1 Objetivo General

Determinar los parmetros que se necesitan para el diseo de las rampas de escape como un sistema de frenado de emergencia de los volquetes Komatsu 730E, de la unidad Minera Lagunas Norte.

1.5.2 Objetivos Especficos

Evaluar las posibles zonas para el diseo y construccin de las rampas de escape en la unidad Minera Lagunas Norte.

Proteger al operador de posibles lesiones leves o graves as como evitar daos al volquete.

49

CAPTULO II

MATERIALES Y MTODOS

50

2.1. MATERIALES Y MTODOS

2.1.1. Material Est dado por el volquete Komatsu Modelo 730E y las vas principales (Haul Road A y B) de los cuales se brindar una descripcin a continuacin:

2.1.1.1. Volquete Komatsu 730E

Vehiculo con gran capacidad de transporte (205 tons), opera con un sistema de propulsin elctrica para el acarreo de material de mina. Cuenta con 16 cilindros, 4 ciclos de operacin, 2000 HP (1492 KW) de potencia al freno, 1800 HP (1388 KW) de potencia del motor y un peso (hmedo) de 5717 kg. Velocidad mxima de 43 km/h. Ver figura 16, 17 y 18 donde se muestras las dimensiones del volquete Komatsu 730E, las cuales son un factor importante al momento de calcular los parmetros de la rampa de escape.

FIGURA 16: Vista lateral del volquete Komatsu 730E

51

FIGURA 17: Vista frontal del volquete Komatsu 730E

FIGURA 18: Vista trasera del volquete Komatsu 730E

61

2.1.1.2 Vas Principales A y B:

Las vas principales en Lagunas Norte sirven para el transporte y acarreo de material como mineral y desmonte en los volquetes Komatsu 730E, siendo estos los equipos mas grandes que transitan por estas vas, as como el traslado de los equipos auxiliares como cargador frontal, tractor oruga, excavadoras, cisternas y las camionetas de supervisin de operaciones mina. Estas vas principales, han sido construidas siguiendo los diseos de ingeniera y la construccin esta controlada en el campo con las gradientes respectivas. Las vas cuentan con cunetas y zanjas laterales las cuales se mantienen para asegurar el drenaje adecuado del agua de lluvia. El ancho de las superficies de las rutas de acarreo de doble va es de 35m., el ancho de la superficie para el camino de una va es la mitad de una va de doble ancho. Estas vas cuentan con pendientes de 8%, adems tienen bermas laterales con las siguientes dimensiones; 5.0 mts. de ancho x 2.5 mts. de altura (Ver Tabla 6). La conduccin de los camiones es por la izquierda desde puntos establecidos. Lagunas Norte tiene dos vas principales denominadas A y B. Se considerar las condiciones topogrficas y ubicacin de estas vas, para determinar los parmetros y diseo de las rampas de escape. La imagen que se muestra a continuacin (Figura 19) es la vista del perfil de la va principal B.

FIGURA 19: Vista de perfil de la va principal B

53

2.2. METODO

HAUL ROAD ANCHO

(m) LONGITUD

(m) ANCHO DE BERMA (m)

ALTURA DE BERMA (m)

A 35 640 5 2.5 B 35 850 5 2.5

CALCULO DE PARAMETROS DE LAS RAMPAS DE ESCAPE

DEFINICION DE ESTANDARES DE LAS RAMPAS DE ESCAPE

FIN

DISEO FINAL DE LAS RAMPAS DE ESCAPE CON

MINESIGHT

DIMENSIONES GEOMETRICAS DEL RUNAWAY

PENDIENTE MATERIAL DIMENSIONES

DE LA BERMA PERIMETRAL

EVALUACIN DE CAMPO

EVALUACION DE LAS CONDICIONES DE

SEGURIDAD DE LAS RAMPAS PRINCIPALES

DETERMINACION DE PARAMETROS DE LAS RAMPAS DE ESCAPE

IDENTIFICACION DE LAS POSIBLES ZONAS DE DISEO DE RUNAWAYS

TABLA 6: Dimensiones de las vas principales

54

PROCEDIMIENTO

2.2.1. EVALUACION DE RIESGOS A NIVEL DE CAMPO

El primer paso de este estudio se bas en una evaluacin de riesgos a nivel de campo de las vas principales y de los volquetes Komatsu 730E, los cuales empezaron a presentar eventos de aumento de aceleracin y prdida de control de los mismos, debido a esto se analiz la topografa actual de la mina, realizndose un levantamiento topogrfico de las vas principales determinando las pendientes y longitudes que estas han ido aumentando con el transcurso de los aos y la produccin constante de la unidad Minera Lagunas Norte.

2.2.2. EVALUACION DE LAS CONDICIONES DE SEGURIDAD DE LAS RAMPAS PRINCIPALES

En la evaluacin de las condiciones de seguridad de las vas principales se determin implementar rampas de escape como medidas de seguridad ms exigentes, para un transporte y acarreo seguro, de los camiones y especialmente sus operadores. Evitar accidentes fatales y daos al equipo es el objetivo principal de las rampas de escape, entonces evaluando las condiciones de seguridad con que cuenta la unidad minera Lagunas Norte; se determin la ausencia de rampas de escape (Runaway) en los vas principales A y B, que son las vas por donde el trnsito es mas continuo y que a su vez se hace riesgoso. Luego se determinaron tres posibles zonas de diseo y ubicacin de las rampas de escape y su distancia de espaciamiento que debera de haber entre cada rampa de escape de acuerdo a la pendiente de la va principal; detallndose a continuacin el clculo:

55

DISTANCIA DE ESPACIAMIENTO ENTRE RAMPAS DE ESCAPE

Para el clculo del espaciamiento entre rampas de escape en Lagunas se determino a travs de la siguiente frmula (4):

Donde:

S = distancia entre rampas de escape de acuerdo a la velocidad mxima permisible, en pies.

V = diferencia de velocidades entre la velocidad de viaje en la cual falla el sistema de frenado y la velocidad de ingreso a la rampa de escape, en metros por segundo, asumiendo 60 km/hr.

G = gravedad; 9.81 m/s2 = ngulo de descenso, en grados de acuerdo a las rampas principales b = coeficiente de resistencia al rodado con b= 0.05, el

camin no debe sobrepasar los 100 km/h si llegara a un escape.

**Entonces tenemos como resultados de espaciamientos los siguientes datos, pero como la topografa actual de la mina es complicada se determin evaluar posibles alternativas de donde irn ubicadas estas rampas de escape

( )bgSv

=

sin2

2

56

Tabla 7: Espaciamientos entre rampas de escape de acuerdo a la pendiente en la va principal

**Asumiendo una pendiente de 8 % en las vas principales se debe construir rampas de escape cada 500.00 m. en cada tramo de las vas A y B pero por la topografa actual de la mina y la operacin misma, se decidi construir solo lugares crticos de las rampas principales

2.2.3 DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DE LAS RAMPAS DE ESCAPE Para el clculo y diseo de los parmetros de las rampas de escape se tom en cuenta tres propuestas en las vas principales, a continuacin detallamos los clculos de cada alternativa:

2.2.4 RAMPA DE ESCAPE 1

FIGURA 20: Posible ubicacin de la Rampa de escape 1

**

57

A. PENDIENTE Este diseo se ubica en el nivel 4150 descendiendo desde la zona de Alexa Norte por la va principal B la cual tiene una pendiente descendente de 10 % aproximadamente, la contra pendiente considerada para esta rampa de escape es de 12% por el pronunciado descenso que presenta en la va, que presenta desde la zona de Alexa.

B. DIMENSIONES DE LA RAMPA DE ESCAPE 1 Los clculos realizados para las dimensiones de la rampa de escape 1 se determinaron de la siguiente manera:

- ANCHO DE RAMPA DE ESCAPE: El ancho de la rampa de escape es el resultado de la suma del doble del ancho del volquete Komatsu 730E mas el ancho de las bermas laterales entonces tenemos:

Ancho de Berma lateral de seguridad: Esto se calcula en funcin a la altura de las bermas de seguridad en Lagunas Norte es como mnimo las partes de la altura de la llanta del volquete de mayor tamao:

TABLA 08: Altura de la berma en funcin del tipo de camin en la rampa de escape 1

Modelo del

camin

Ancho camin

(m)

Altura llanta (m)

Altura berma (m)

K730E 7.54 3.52 2.64

58

En base a esos datos tenemos el perfil de la va principal y el ancho de la berma

FIGURA 21: Vista de perfil de la va principal B

Entonces el ancho de las bermas laterales y frontal sera B= 5.28 m.y el ancho del camin w = 7.54 m.; finalmente tenemos :

Ancho de rampa de escape = 2 x W + 2 x B Ancho de Rampa de escape = 2 x 7.54 + 2 x 5.28 = 25 m.

- AREA DE INGRESO

Para el ingreso a la rampa de escape se tuvo en cuenta los lmites de velocidad que se presentan en el cuadro inferior, entonces se tom como velocidad maxima permisible de ingreso de 60 Km/hr dandole un 50% mas de margen de seguridad a la velocidad maxima que es de 40 km/hr , asimismo la rampa de escape tendr un contrapendiente de +12%

TABLA 9:Relacin de ingreso entre la velocidad y el radio de ingreso en la rampa escape1

Veloc. De ingreso a la rampa de escape (Km/hr)


Angulo de Transicin

Radio (m)

60 10 45 o 105

59

TABLA 10: Limites de velocidad con lo que estn seteados los camiones

- LONGITUD DE DESACELERACION

Para el calculo del area de desaceleracin tenemos la siguiente frmula (1) :

Donde: S = distancia requerida para la desaceleracin desde su velocidad de

ingreso hasta su detencin total, en pies. V = Velocidad de ingreso a la rampa de escape, en pies por segundo. g = 32.2 fps2

= ngulo de descenso o ascenso, en grados.

b = Coeficiente de resistencia a la rodadura, adimensional. Reemplazando los datos tenemos: S = ? V = 16.66 m/s g = 9.8 m/s2

= 5.711 b = 0.2

( )22

sin2 bgS v

+=

60

Km/hr m/s Factor

Conversin

Velocidad de

ingreso

100 27.78

0.278

80 22.22

60 16.67

40 11.11

20 5.56

10 2.78

m/s^2 fps^2 Pendiente Angulo

G 9.81 32.2 % grados 8 4.574 Grados 10 5.711 segn pendiente 12 6.843 15 8.531

adimensional 20 11.310 B 0.4 0.1 25 14.036

Longitud total de RUNAWAY 44.3619

Entonces obtenemos una longitud de desaceleracin de 45 metros en funcin a los parmetros determinados

- LONGITUD DE DE PARADA El rea de parada se determina a travs del rea de desaceleracin D teniendo en cuenta lo siguiente:

LONGITUD DE PARADA = (D) Reemplazando tenemos: rea de Parada = (45) = 11.25 m.

61

C. MATERIAL

El material seleccionado para la superficie de la rampa de escape es la grava suelta y de acuerdo a la fuente: A Policy on Geometric Design of Higways and Streets (AASTHO, 1994) tiene una resistencia a la rodadura de 0.05 con un espesor de 10 cm al inicio de la rampa y hasta 50 cm. al final de la rampa de escape.

D. DIMENSIONES DE LA BERMA PERIMETRAL

Las dimensiones de la berma perimetral que han sido calculadas las mostramos continuacin:

TABLA 11: Dimensiones de la berma perimetral en la rampa de escape 1

FIGURA 22: Vista de perfil de la berma perimetral de la rampa de escape 1

Modelo del camin

Altura llanta (m)

Ancho berma (m)

Altura berma (m)

Angulo de berma (grados)

K730E 3.52 5.28 2.64 45

PALETA REFLECTIVA

CUNETA

62

E. DISEO FINAL

Finalmente el diseo final de la rampa de escape, de acuerdo a los parmetros calculados es la siguiente:

FIGURA 23: Modelo final de la rampa de escape 1

63


FIGURA 24: Posible ubicacin de la rampa de escape 2

A. PENDIENTE

Este diseo se ubica en el nivel 4090 descendiendo desde la zona de Daphne que es la parte mas baja de la mina, por la va principal A la cual tiene una pendiente descendente de -8 % aproximadamente, debido a que la pendiente de la va principal en este tramo no es muy pronunciada se consider una contra pendiente de 8 por ciento.

B. DIMENSIONES DE LA RAMPA DE ESCAPE 2 Los clculos realizados para las dimensiones de la rampa de escape 2 se determinaron de la siguiente manera:

- ANCHO DE LA RAMPA DE ESCAPE: El ancho de la rampa de escape es el resultado de la suma del doble del ancho del volquete Komatsu 730E mas el ancho de las bermas laterales entonces tenemos:

64

- Ancho de Berma lateral de seguridad: Esto se calcula en funcin a la altura de las bermas de seguridad en Lagunas Norte es como mnimo las partes de la altura de la llanta del volquete de mayor tamao:


En base a esos datos tenemos el perfil de la va principal y el ancho del a berma determinada en la rampa de escape 1. Entonces el ancho de las bermas laterales y frontal sera B= 5.28 m.y el ancho del volquete w = 7.54 m.; finalmente tenemos : Ancho de la rampa de escape = 2 x W + 2 x B Ancho de la rampa de escape = 2 x 7.54 + 2 x 5.28 = 25 m.

- AREA DE INGRESO Para el ingreso a la rampa de escape se tuvo en cuenta los lmites de velocidad que se presentan en la tabla No 10, entonces se tom como velocidad maxima permisible de ingreso de 60 Km/hr dandole un 30 % mas de margen de seguridad a la velocidad maxima que es de 40 km/hr , asimismo la rampa de escape tendr un contrapendiente de +10%

Modelo del

camin

Ancho camin

(m)

Altura llanta (m)

Altura berma (m)

K730E 7.54 3.52 2.64

Velocidad de ingreso a la rampa de

escape (Km/hr)



Radio (m)

60

08

26.8

110.00 m.

TABLA 13: Relacin de ingreso entre la velocidad y el radio de ingreso en la rampa de escape 2

65

- LONGITUD DE DESACELERACION Para el calculo del area de desaceleracin, la siguiente frmula(1) :

Donde: S = distancia requerida para la desaceleracin desde su velocidad de

ingreso hasta su detencin total, en pies. V = Velocidad de ingreso a la rampa de escape, en pies por segundo. g = 32.2 fps2

= ngulo de descenso o ascenso, en grados. b = Coeficiente de resistencia a la rodadura, adimensional. Reemplazando los datos tenemos: S = ? V = 16.66 m/s g = 9.8 m/s2

= 5.711 b = 0.2

Km/hr m/s Factor Conversin

Velocidad de

ingreso

100 27.78

0.278

80 22.22

60 16.67

40 11.11

20 5.56

10 2.78

( )22

sin2 bgS v

+=

66


G 9.81 32.2 % grados 8 4.574

grados 10 5.711

Segn pendiente 12 6.843 15 8.531

adimensional 20 11.310

B 0.4 0.2 25 14.036



-LONGITUD DE DE PARADA

El rea de parada se determina a travs del rea de desaceleracin D teniendo en cuenta lo siguiente:


C. MATERIAL

El material seleccionado para la superficie de la rampa de escape es la grava triturada suelta y de de acuerdo a Fuente: A Policy on Geometric Design of Higways and Streets (AASTHO, 1994) tiene una resistencia a la rodadura de 0.05 con un espesor de 10 cm al inicio de la rampa hasta 60 cm. al final de la rampa de escape.

67

D. DIMENSIONES DE LA BERMA PERIMETRAL Las dimensiones de la berma perimetral han sido calculadas en el tem 2.3.5.2.1 a continuacin mostramos los datos obtenidos:

TABLA 14: Dimensiones de la berma perimetral en la rampa de escape 2


E. DISEO FINAL Finalmente el diseo final de la rampa de escape, de acuerdo a los parmetros calculados es la siguiente:


Modelo del camin

Altura llanta (m)

Ancho berma (m)

Altura berma (m)


K730E 3.52 5.28 2.64 45

PALETA REFLECTIVA

CUNETA

68


FIGURA 27: Posible ubicacin de la rampa de escape 3

A. PENDIENTE Este diseo se ubica en el nivel 4070 descendiendo por la va principal B, cerca de la zona llamada tres alcantarillas, la cual tiene una pendiente descendente de 10 % aproximadamente pero como la llegada a esta zona es muy pronunciada se ha considerado una contra pendiente de 12 por ciento.

B. DIMENSIONES DE LA RAMPA DE ESCAPE 3 Los clculos realizados se determinaron de la siguiente manera:

- ANCHO DE RAMPA DE ESCAPE: El ancho del Runaway es el resultado de la suma del doble del ancho del volquete Komatsu 730E mas el ancho de las bermas laterales entonces tenemos:

Ancho de Berma lateral de seguridad: Esto se calcula en funcin a la altura de las bermas de seguridad en Lagunas Norte es como mnimo las partes de la altura de la llanta del volquete de mayor tamao:

69


En base a esos datos tenemos el perfil de la va principal y el ancho de la berma determinada en la propuesta 1. Entonces el ancho de las bermas laterales y frontal sera B= 5.28 m.y el ancho del camin w = 7.54 m.; finalmente tenemos : Ancho de la rampa de escape = 2 x W + 2 x B Ancho de la rampa de escape = 2 x 7.54 + 2 x 5.28 = 25 m. - AREA DE INGRESO

Para el ingreso a la rampa de escape se tuvo en cuenta los lmites de velocidad que se presentan en el cuadro inferior, entonces se tom como velocidad maxima permisible de ingreso de 60 Km/hr dandole un 50% mas de margen de seguridad a la velocidad maxima que es de 40 km/hr , asimismo la rampa de escape tendr un contrapendiente de +8%

Velocidad de ingreso a la rampa de

escape (Km/hr)



Radio (m)

60 10 28.7% 105

2.3.6.2.3 LONGITUD DE DESACELERACION

Para el calculo del area de desaceleracin tenemos la siguiente frmula (1):

Donde:

Modelo del camin

Ancho camin (m)

Altura llanta (m)

Altura berma (m)

K730E 7.54 3.52 2.64

( )22

sin2 bgS v

+=

TABLA 16: Relacin de ingreso entre la velocidad y el radio de ingreso en la rampa de escape N 03

70

S = distancia requerida para la desaceleracin desde su velocidad de ingreso hasta su detencin total, en pies.

V = Velocidad de ingreso a la rampa de escape, en pies por segundo. g = 32.2 fps2

= ngulo de descenso o ascenso, en grados. b = Coeficiente de resistencia a la rodadura, adimensional.

Reemplazando los datos tenemos: S = ? V = 16.66 m/s g = 9.8 m/s2

= 5.711 b = 0.2

Km/hr m/s Factor

Conversin

Velocidad de

ingreso

100 27.78

0.278

80 22.22

60 16.67

40 11.11

20 5.56

10 2.78


g 9.81 32.2 % grados 8 4.574

grados 10 5.711

segn pendiente 12 6.843 15 8.531

71

adimensional 20 11.310

b 0.4 0.2 25 14.036



- LONGITUD DE DE PARADA

El rea de parada se determina a travs del rea de desaceleracin D teniendo en cuenta lo siguiente:


C. MATERIALES

El material seleccionado para la superficie de la rampa de escape es la grava triturada suelta y de de acuerdo a Fuente: A Policy on Geometric Design of Higways and Streets (AASTHO, 1994) tiene una resistencia a la rodadura de 0.05 con un espesor de 10 cm al inicio de la rampa hasta 60 cm. al final de la rampa de escape.

D. DIMENSIONES DE LA BERMA PERIMETRAL Las dimensiones de la berma perimetral han sido calculadas en el tem 2.3.6.2.1 a continuacin mostramos los datos obtenidos:

TABLA 17: Dimensiones de la berma perimetral en la rampa de escape N 03

Modelo del camin

Altura llanta (m)

Ancho berma (m)

Altura berma (m)


K730E 3.52 5.28 2.64 45

72


E. DISEO FINAL

Finalmente el diseo final de la rampa de escape, de acuerdo a los parmetros calculados es la siguiente:


PALETA REFLECTIVA

CUNETA

73

CAPTULO III

RESULTADOS

74

3.1 RESULTADOS

Los resultados obtenidos como los principales parmetros de las rampas de escape han sido registrados en hojas de clculo, ordenados y presentados en tablas y grficos, que continuacin detallamos.

TABLA 18: Estndares finales de las rampas de escape en Lagunas Norte

PARAMETROS RESULTADOS

DIST. DE ESPACIAMIENTO ENTRE RAMPAS DE ESCAPE

500.00 m.

VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE 60 km/hr

PENDIENTE DE LA RAMPA DE ESCAPE 8 - 10 %

PENDIENTE DE VA PRINCIPAL 8 - 10 % HAUL ROAD (VIA PRINCIPAL) A-B

AREA DE INGRESO

RADIO 107.50 m.

VELOC. MAXIMA DE INGRESO 60 Km/ hr

ANCHO 25.00 m.

LONGITUD DE PARADA 12.00 m.

LONGITUD DE DESACELERACION 50 m. DIMENSIONES DE

LA BERMA PERIMETRAL

ANCHO 5.28 m.

ALTURA 2.64 m.

MATERIAL Grava suelta

61

PARAMETROS RESULTADOS A

RESULTADOS B

DIST. DE ESPACIAMIENTO ENTRE RAMPAS DE ESCAPE

500.00 m. 500.00 m.

VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE 60 km/hr 60 km/hr

PENDIENTE DE LA RAMPA DE ESCAPE 8 % 12 %

PENDIENTE DE VIA PRINCIPAL 8 % 10 %

HAUL ROAD (VIA PRINCIPAL) A B AREA DE INGRESO

RADIO 110.00 m. 105.00 m.

VELOC. MAXIMA DE INGRESO 60 Km/ hr 60 Km/ hr ANCHO 25.00 m. 25.00 m. LONGITUD DE PARADA 12.50 m. 11.25 m. LONGITUD DE DESACELERACIN 50.00 m. 45.00 m.

DIMENSIONES DE LA BERMA

PERIMETRAL

ANCHO 5.28 m. 5.28 m.

ALTURA 2.64 m. 2.64 m.

MATERIAL Grava suelta Grava suelta

TABLA 19: Estndares de parmetros generales de las rampas de escape en lagunas norte en las vas principales A y B

76

3.2 DISCUSION DE RESULTADOS

Tal como se muestra en la Tabla 18, los clculos de los parmetros a tomar en cuenta para el diseo de una rampa de escape dependen fundamentalmente de la velocidad con la que el volquete ingresa a este dispositivo de seguridad, es por ello que a continuacin presentamos la relacin que guarda la longitud de la rampa de escape en funcin de la velocidad con la que ingresa a la rampa mencionada. Teniendo una pendiente 8 % en la va principal; la pendiente de 10 % resultante para la rampa de escape es debido a que se le dio un 2 % mas por seguridad. Como resultado tenemos una longitud total de 50 metros de desaceleracin que es la longitud total, de acuerdo a lo calculado con una velocidad de ingreso mxima permisible de 60 km/hr con una longitud de parada interna de 12m. Con esta distancia de 50 m. se detendr totalmente al volquete que ingrese a la rampa, poniendo a buen recaudo al operador y su equipo. El ancho de ingreso de la rampa de escape es de 25 metros debido a que el ancho del volquete es de 7.25 m, se ha considerado por seguridad el triple del ancho del volquete teniendo como resultado los 25.00 m. antes mencionado. Las dimensiones de la berma perimetral estn en funcin a las partes de la altura de la llanta del volquete Komatsu; obteniendo una altura de 2.64 m y 5.28 m de ancho, con estas dimensiones en la berma perimetral permitirn redireccionar el camin hacia el centro de la rampa de escape En la TABLA N 19, hemos obtenido resultados de de las los parmetros de las rampas de escape tanto para la rampa principal A y la rampa principal B. estos parmetros se ajustan a la topografa que se encuentra actualmente en la mina, teniendo como pendiente 8% y 12 % para la rampa principal A y B respectivamente, asimismo con un ancho de 25 m. metros cada una. Cada rampa de escape cuenta con una longitud de parada de 50 m. y 45 m. cada una y con

77

una berma lateral de 5.28 m. de ancho con 2.64m. de alto; ambas rampas de escape sern construidas con material de cantera que es un material de grava suelta.

FIGURA 30: Relacin entre la velocidad de ingreso y la longitud de la rampa de escape ( 8% rampa principal)

Relacin entre la velocidad de ingreso y la longitud de la rampa de escape

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

0 20 40 60 80 100 120VELOCIDAD (km/hr)

D

I

S

T

A

N

C

I

A

(

m

.

)

RELACION ENTRE LA VELOCIDAD Y DISTANCIA

78



0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

0 20 40 60 80 100 120VELOCIDAD (Km/hr)

L

O

N

G

I

T

U

D

(

m

.

)

Relacion entre velocidad y distancia

79



0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0 20 40 60 80 100 120VELOCIDAD (Km/hr)

L

O

N

G

I

T

U

D

(

m

.

)

Relacion entre la distancia y velocidad

61

CAPTULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

81

4.1 CONCLUSIONES

Las rampas de escape son una solucin practica y efectiva como un sistema de frenado de emergencia ante la falla del sistema de frenado de los camiones Komatsu 730E de la unidad Minera Lagunas Norte.

Los parmetros descritos en la presente tesis fueron obtenidos con los datos topogrficos de la Unidad Minera Lagunas Norte.

Las dimensiones de la rampa de escape como el ancho de 25 m., y una longitud total de 50m. , teniendo en cuenta que el volquete se detendr definitivamente en una distancia de parada de 12 .00 m., con estos datos un volquete estar a salvo desde el momento que ingrese a la rampa de escape.

4.2 RECOMENDACIONES

Se recomienda que antes de disear y evaluar los parmetros de las rampas de escape, se deba realizar un trabajo en conjunto con el departamento de ingeniera largo plazo para poder mantener una rampa de escape de larga vida y no tener que afectar en nada con el plan de minado.

Las rampas de escape en Lagunas Norte sern diseadas en zonas estratgicas de las rampas principales, debido a que la topografa es muy complicada y no se podran construir de acuerdo a las interdistancias calculadas.

Las rampas de escape debern tener un adecuado sistema de drenaje debido a las constantes precipitaciones que tenemos en la zona, para esto se ha establecido construir cunetas en todo el permetro para poder

82

drenar el agua que podra almacenarse en la rampa y afectar el uso de la rampa de escape.

Las rampas de escape deberan ser sealizadas de manera que el operador pueda visualizarlas tanto en el turno da como en el turno noche, asimismo el acceso a la rampa de escape debe estar libre de cualquier objeto y/o material para que los volquetes en caso de emergencia puedan ingresar sin ninguna dificultad.

83

CAPTULO V

REFERENCIAS

84

BIBLIOGRFICAS

5.1 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. BHP Engineering Brisbane: Mine Road Design Manual, Australia,

chapter 10, pags. 10.-10.10, 1998.

2. SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES, Anteproyecto de la norma oficial mexicana NOM-036-SCT2-2007 Rampas de Emergencia para frenado en carreteras,Mxico 2007

3. DELGADO, J.: Planificacin Minera de Superficie y Subterrnea. Maestra Internacional en Energa de Minas, Universidad de Antofagasta.

4. INSTITUTO DE SEGURIDAD MINERA: Reglamento de Seguridad e Higiene Minera-Decreto Supremo No 046-2001-EM, Lima-Per 2001

5. ZAVALA, A.: Proyecto de Investigacin Cientfica, Editorial San Marcos, Per, 1999.

6. HUSTRUILD, W.: Open Pit Planning and Desing, Editorial Taylor and Francis, London, UK, 1998.

7. EMPRESA KOMATSU, Equipos De Minera Superficial. Fecha de

Con

Rampas de Escape

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