1. Guías para diseñar caminos mineros
Dwayne D. Tannant & Bruce Regensburg
Escuela de Minería e Ingeniería de Petróleo
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Universidad de Alberta.
2001
1. DETALLES DEL CUESTIONARIO
2. PLANIFICACIÓN Y ALINEAMIENTO DE CAMINO MINERO
3. DISEÑO DE SECCIÓN TRANSVERSAL DEL CAMINO MINERO
4. SUPERFICIE DEL CAMINO MINERO
5. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN CAMINO MINERO
6. ECONOMÍA DE CAMINO MINERO
7. 7 REFERENCIAS
8. CAMIONES MINEROS Y NEUMÁTICOS
9. CAPACIDAD DE CARGA Y TENSIÓN VERTICAL
10. ENCUESTA DE CAMIONES Y CAMINOS MINEROS DE SUPERFICIE
2. 1. ENCUESTA DE CAMIONES Y CAMINOS MINEROS DE SUPERFICIE
1.1. Introducción
1.2. Camiones y equipos de construcción/mantenimiento
1.3. Longitud de camino minero
1.4. Geometría de camino minero
1.5. Transporte de materiales de construcción
1.6. Síntomas y causas de deterioro de las caminos mineros
1.7. Mantenimiento de caminos mineros
1.8. Evolución del diseño de caminos mineros en Syncrude
1.8.1. Espesor de capa
1.8.2. Geometría vial camino minero
1.8.3. Técnicas de construcción
1.9. Resumen
2. PLANIFICACIÓN Y ALINEAMIENTO DE CAMINO MINERO
2.1. Generales
2.2. Principales Factores de planificación y armonización de camino
2.3. Distancia de detención de camiones mineros
2.4. Distancia visual y curvas verticales
2.5. Ancho del camino
2.6. Curvas y zigzagues
2.7. Peralte
2.7.1. Tangente extendida
2.8. Pendientes óptimas
2.8.1. Pendiente máxima sostenida
2.8.2. Despistes
2.9. Combinación de alineamiento horizontal y vertical
2.10. Seguridad banquinas y cunetas
3. DISEÑO DE SECCIÓN TRANSVERSAL DEL CAMINO MINERO
3.1. Introducción
3.2. Diseño basado en CBR
3.2.1. Modificaciones al método de diseño CBR
3.3. Diseño basado en la tensión crítica y módulo resilente
3.3.1. Límite de tensión crítica
3.3.2. Procedimiento de diseño
3.4. Comparación de los dos métodos
3.5. Correlación entre la tensión vertical y la deflexión superficial
3.6. Resumen
4. SUPERFICIE DEL CAMINO MINERO
4.1. Introducción
4.2. Rugosidad
4.3. Tracción
4.4. Resistencia a la rodadura
4.4.1. Medición de la resistencia a la rodadura
4.4.2. Valores críticos de resistencia a la rodadura
4.4.3. Impacto económico de la resistencia a la rodadura
4.5. Traficabilidad y tiempo de ciclo del camino minero
4.6. Mantenimiento y reparación de camino
3. 4.7. Requisitos de drenaje
4.8. Supresores de polvo
5. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN CAMINO MINERO
5.1. Materiales de capa de superficie
5.1.1. Grava compactada y piedra triturada
5.1.2. Hormigón asfáltico
5.1.3. Hormigón compactado con rodillo
5.2. Materiales para capas de base y subbase
5.2.1. Propiedades del material
5.2.2. Cenizas
5.3. Requisitos de compactación
6. ECONOMÍA DE CAMINO MINERO
6.1. Introducción
6.2. Los costos asociados con la construcción del camino
6.2.1. Construcción Pre-Road preparación
6.2.2. Los costos de construcción de camino
6.2.3. Gastos de Traslado por camino
6.2.4. La productividad de la flota
6.3. Mantenimiento de camino
6.4. Flota extra costes operativos y de mantenimiento
6.5. Otras consideraciones
6.5.1. Clima
6.5.2. Aplicación de grandes camiones
6.6. Comparación de temporal y semi-permanente de Caminos
6.6.1. camino temporal
6.6.2. Semi-Permanente Road
6.6.3. Conclusión
6.7. Ejemplo de Ciclo de Vida Completo economía aplicada a un camino de
6.7.1. Camino temporal
6.7.2. Camino semi-permanente
6.8. Resumen
7. REFERENCIAS
APÉNDICES
8. CAMIONES MINEROS Y NEUMÁTICOS
8.1. Los camiones mineros
8.2. Rimpull-Speed-Trepabilidad curvas
8.3. Curvas de retardo de camiones mineros
8.4. Neumáticos para Camiones
9. CAPACIDAD DE CARGA Y TENSIÓN VERTICAL
9.1. Introducción
9.2. Análisis de Capacidad de rodamiento
9.3. Análisis de tensión de elementos finitos
9.4. Efecto de la rigidez de la capa de tensión vertical
9.5. Efecto del grosor de la capa de tensión vertical
9.6. Efecto de la interacción entre los neumáticos
9.7. Resumen y recomendaciones
10. DETALLES DEL CUESTIONARIO
4. Prefacio
Dos documentos estrechamente relacionados forman la base de este manual. El más antiguo,
1977, es de Kaufman y Ault: "Diseño de caminos mineros de superficie. En 1989 Monenco
actualizó el informe de Kaufman y Ault para reflejar las condiciones de las minas canadienses.
El informe Monenco es inédito y difícil de obtener. El cuestionario del informe Monenco se
repitió en 1999 para este documento.
El contenido de la tesis 2000 de licenciatura de Kumar también se utiliza en este documento,
especialmente lo relativo al diseño de la sección transversal de un camino minero. Bruce
Regensburg agregó la sección sobre economía del camino minero. También se reunieron
temas de diseño de caminos mineros de varias fuentes publicadas.
Este manual no pretende ser exhaustiva, sino que se destina a cubrir la mayoría de las
cuestiones importantes para diseñar caminos para transportar camiones con volquete trasero
de cargas superiores a 200 toneladas. Está pensado como una ayuda para los ingenieros de
minas, Ingenieros Geotécnicos y gestión de calidad para la construcción de caminos de
arrastre. Diseño del camino suele ser el producto de un plan de la minería o Ingeniero Civil con
la construcción de las especificaciones de la ingeniería geotécnica. El ingeniero de minas
trabajarán en las partes geométricas del camino incluyendo curvas verticales y horizontales,
anchos, super-elevación y la ubicación del camino, mientras que el ingeniero geotécnico dará
las especificaciones de material y la colocación de criterios.
Buen camino de prácticas de construcción y mantenimiento son una parte esencial del
funcionamiento de un costo-eficiente de flota de camiones. Los caminos mineros debe
considerarse un importante activo para una operación minera, de la misma manera como
camiones y palas.
Mientras se gastó mucho esfuerzo para
verificar las ecuaciones, gráficos y datos
tabulares adoptó a partir de otras fuentes, los
errores pueden haber sido perdidas. Por lo
tanto, los usuarios de este documento son
alentados a contactar con los autores si se
descubren errores. Esto permitirá que la
primera versión de este manual para ser
mejorado y le permitirá evolucionar para
responder mejor a las necesidades de la
industria minera.
Dwayne D Tannant, Ph.D., P.Eng.
Escuela de Minas e Ingeniería del Petróleo
Depart. de Ingeniería Ambiental y Civil
La Universidad de Alberta.
Edmonton, Alberta, Canadá
T6G 2W2
Tel: (780) 492-3379
6. RESUMEN EJECUTIVO
Un elemento común de cada mina de superficie que utiliza camiones mineros es la
construcción de caminos de arrastre. Estos caminos de arrastre tienden a ser la línea de vida
del sistema de producción y problemas de los caminos procederá de inmediato impacto en la
productividad y/o costos de la mina.
Diseño del camino suele ser el producto de un plan de la minería o Ingeniero Civil con la
construcción de las especificaciones de la ingeniería geotécnica. El ingeniero de minas
trabajarán en las partes geométricas del camino incluyendo curvas verticales y horizontales,
anchos, super elevación y situación del camino, mientras que el ingeniero geotécnico dará las
especificaciones de material y la colocación de criterios.
Este documento está pensado como una ayuda para los ingenieros de minas, Ingenieros
Geotécnicos y gestión de calidad para la construcción de caminos de arrastre.
Resultados de la encuesta minera
Se envió un cuestionario a 37 minas canadienses solicitando información sobre la remoción de
los equipos utilizados, los métodos y procedimientos para la construcción de caminos, caminos
y procedimientos de mantenimiento. Se recibieron respuestas de 13 minas. Estas minas tenía
un total de 50 km de caminos de boxes con una esperanza media de vida de 1,4 años y 100
km de ex-pit caminos con una esperanza de vida promedio de 8 años. El equipo utilizado por
estas minas cable incluido y palas hidráulicas y camiones que van con capacidad de 35
toneladas a 360 toneladas.
La geometría de los caminos de arrastre varía según el tamaño de los camiones mineros.
Máximas Calidades en camino tendían a ser de 8% a 10% con el valor inferior siendo
favorecidas. Superelevations estaban limitadas a un máximo de 4% y el camino coronas varió
entre 1,5% y 4%, con un 2% de ser considerado el mejor.
Acarreo de materiales de construcción camino variaron de desechos de las minas a través de
aplastar la piedra y, en algunos casos, geotextiles.
Lance el deterioro de los caminos provocado baches, celo, asentamiento, lavar-boarding, y
frost abarrotada. Daño fue causado principalmente por precipitación y escurrimiento, volumen
de tráfico pesado, primavera de ruptura, y la mala compactación. Derrame de vehículos de
camino fue otro gran problema.
Las principales actividades de mantenimiento se encontraban en la zona de clasificación,
arar/aterrador/lijado y repavimentación. La supresión del polvo se logra principalmente con
agua rociada (100%), cloruro de calcio (27%) y el aceite salpica (9%).
Alineamiento del camino minero
Ancho de camino generalmente están diseñados para ser de 3 a 4 veces el ancho de la mayor
unidad de transporte (para 2 vías de tráfico) con anchura extra empleado en las curvas. Curvas
horizontales están diseñados para garantizar que el conductor del camión de acarreo puede
negociar la curva de forma segura a una velocidad dada. Super elevaciones y sus transiciones
están diseñados para minimizar las fuerzas centrífugas en los camiones mineros durante la
negociación de la curva. Super-elevaciones deben estar en el rango de 4% a 6% según el radio
de curva y velocidad del equipo.
7. En el diseño de curvas horizontales y verticales, la línea visual y la distancia de detención son
criterios clave de diseño. Las curvas están diseñados de manera que la línea visual del
conductor es igual o mayor que la distancia de detención del camión de acarreo.
Categorías (pendiente) suelen variar desde -20% a +20%. Sin embargo, los grados de más del
10% se utilizan sólo para distancias cortas en situación temporal. Camino de los grados
generalmente son dictados por planes mineros y la economía. Prefiere el grado máximo parece
ser un 8%.
Otros puntos destacados del camino alineamiento son como sigue:
Sharp curvas horizontales no debería estar diseñada en la parte superior o inferior de las
colinas.
Intersecciones deben estar ubicados en el piso, las alineaciones del recto camino.
La superficie del camino pendientes cruzadas debe ser aproximadamente de 1:25 (4%) para un
buen drenaje
Radios de curva siempre debe exceder el radio de giro mínimo de los equipos.
Diseño de Camino de acarreo
Típica sección transversal de camino minero.
Un camino de sección transversal se puede dividir en cuatro capas diferenciadas, es decir, sub-
grado, curso de base y subbase, superficie o capa de rodadura. La sub-categoría de tierra
existente es la superficie sobre la que se coloca relleno de caminos. La sub-base, base curso y
curso de superficie son capas de relleno de calidad creciente que son sucesivamente colocado
encima de la sub-categoría para formar el terraplén relleno.
La sub-categoría: el sub-grado puede consistir de native in-situ de suelo o roca, colocado
previamente los vertederos o remoción de despojo, muskeg, Marsh u otra superficie existente
más que un camino es para ser colocado. En la sub-categoría comprende duro, sonido denso,
compacto de roca o grava, poco o ningún relleno pueden ser necesarios como camiones
pueden viajar en la sub-superficie de grado. En el otro extremo del espectro, las arcillas
blandas y muskeg requerirá considerables cantidades de relleno para ayudar a difundir las
ruedas pesadas cargas y prevenir el celo, hundimiento o deterioro del camino general. Esas
condiciones adversas, si se permite que ocurran, plantean una grave amenaza a la
controlabilidad vehicular y crear segmentos de camino de acarreo inseguro. Si el sub-grado
carece de la necesaria capacidad de rodamiento, entonces necesita ser modificado mediante
medidas adecuadas como la compactación o el uso de geotextiles.
8. Sub-base: Sub-base es la capa de un camino entre sub-grado y curso básico del camino. Por
lo general, consta de material granular compactado, bien pegada o no tratada. Ejecutar de la
mina y el curso de las rocas son los componentes generales de esta capa. Además de dar la
fuerza estructural a el camino, que sirve para muchos otros propósitos, tales como la
prevención de la intrusión del sub-suelo de grado en el curso base y viceversa, minimizando el
efecto de las heladas, la acumulación de agua en la estructura vial, y dar una plataforma de
trabajo para el equipo de construcción.
Capa base: la capa de transporte, directamente debajo de la superficie del camino se llama el
curso básico. Si no hay una sub-base entonces el curso básico está directamente sembradas
en la sub-categoría o firme de camino. Alta calidad generalmente tratada o no material con
adecuada distribución del tamaño de las partículas es utilizado para la construcción de esta
capa. Especificaciones para los materiales del curso básico son generalmente mucho más
estrictas para la fuerza, plasticidad, y gradación de aquéllos para la sub-categoría. El curso
básico es la principal fuente de la resistencia estructural del camino.
Capa de superficie: la superficie de la capa superior del camino que entra directamente en
contacto con los neumáticos es conocido como el curso de la superficie. Un camino de
superficie se construyen generalmente con grava fina con clasificación estrechamente
controlado para evitar problemas de polvo, manteniendo la característica vinculante adecuado
del material. Además de dar una suave superficie del montar a caballo, también distribuye la
carga sobre un área más grande, lo que reducirá la tensión experimentada por el curso básico.
El diseño del camino se puede optimizar mediante la relación de soporte California (CBR) o un
nuevo método basado en un criterio de tensión crítico y el material de construcción del módulo
resiliente. En ambos casos la comprensión de las interacciones de neumáticos de camiones
mineros es necesaria. Trabajos recientes en las minas de carbón en Australia y Syncrude
Canada Ltd. de minas de arenas petrolíferas indican los diseños basados en un criterio de
deformación crítica (máxima deformación vertical) son mejores que los diseños de CBR para
caminos mineros.
Superficie del camino
Al diseñar la capa de superficie del camino, las dos principales preocupaciones será la
adherencia a el camino y la resistencia a la rodadura.
La adherencia es importante desde el aspecto de la seguridad de mantener los camiones
mineros de salirse del camino y la resistencia a la rodadura es importante desde el punto de
vista de la velocidad de la carretilla y la productividad. Otra consideración es el "polvo" de las
propiedades del material de superficie. Si el material se descomponen fácilmente por el tráfico
o naturalmente tiene una abundancia de multas luego de supresión de polvo suelto se
convertirá en un importante factor de mantenimiento vial.
9. Al examinar el material de superficie para la construcción de caminos de arrastre, los siguientes
tipos de material puede utilizarse para:
grava compactada
Piedra triturada
Hormigón asfáltico
Hormigón compactado con rodillo
Tierra estabilizada
Adhesión del equipo a el camino es una consideración importante para la seguridad y los
materiales que mantienen una buena tracción en condiciones húmedas o heladas son
deseables.
La resistencia a la rodadura en minas de superficie puede variar de 1,5 % a 20+% dependiendo
de la calidad de los caminos. Los caminos que permitirse rolling resistencias de menos del 3%
de resultados en el acarreo equipo trabajando en su máxima capacidad, mientras que la
laminación de resistencias superiores al 20% pueden traer algunos tipos de equipos de
transporte a una parada completa. Utilizando los materiales adecuados y los métodos de
construcción de caminos puede disminuir la resistencia a la rodadura significativamente y
aumentar la productividad y reducir los costes.
Otro riesgo de seguridad y medio ambiente causados por la superficie del camino es el "polvo"
problema. Los caminos deben ser diseñados con suficiente multas que actúan como
aglutinantes para las partículas más grandes. Sin embargo, un exceso de multas resultará en
estas partículas que se libera a la atmósfera cuando se aplica tensión repetidas por los equipos
neumáticos. Todos los caminos de arrastre que no tienen una superficie "sellados", creará el
polvo. El problema es principalmente de polvo tratadas mediante la aplicación de agua. Sin
embargo, algunas minas utilizar cloruro de calcio o mezclas de aceites para reducir el polvo. Se
están realizando investigaciones en esta área para encontrar una mejor solución al problema.
Economía del camino minero
La construcción de caminos mineros es un costo necesario en todas las minas de superficie
que utilizan los equipos móviles. El costo de la construcción del camino de acarreo varía en los
diferentes tipos de minas e incluso de una mina a otra en la misma industria. Hard rock minas
tienden a tener una abundancia de base y sub-base materiales, mientras que las minas de roca
blanda debe seleccionar buenos en la remoción de material, importación o fabricación de estos
materiales. En casi todas las minas, materiales para la capa superficial debe ser importado o
fabricado.
Los caminos mineros pueden clasificarse desde un punto de vista de calidad en las siguientes
categorías
Caminos temporal
• Corta vida.
• Espesor mínimo
• Material de especificación baja
10. • Barato para construir
• Se utiliza principalmente para la pala o volcar el acceso
Caminos Semi-permanentes
• Vida media
• Diseñado para obtener la consistencia deseada
• Material de alta especificación
• Relativamente caro para construir
• Utilizado para los principales caminos mineros en boxes y fuera del hoyo lances en non-
boxes paredes
Caminos mineros permanente
• Larga vida
• Diseñado para máxima grosor
• Material de alta especificación (incluso pavimentarse)
• Caro construir
• Utilizado para el final de los caminos y caminos mineros de boxes en la superficie
La economía de la construcción del camino de acarreo es mucho más complicado que
simplemente calcular el costo de la construcción del camino. Para una verdadera comprensión
del camino de la economía, los costes del ciclo de vida completo debe ser considerado.
Incluido en los costes del ciclo de vida de un lance road son los siguientes elementos:
• Los costos de construcción de camino
• Gastos de traslado por camino
• Impacto en la productividad de la flota
• Costes de mantenimiento vial diferencial
• Extra los costos operativos y de mantenimiento de la flota
• Pelar los costes extra
• Valor del dinero en el tiempo
Al examinar la calidad del camino para la construcción, los elementos más importantes son:
• La vida del camino
• Uso de camino (cantidad de producción a lo largo del camino)
• Ubicación del camino (es permanente o tiene que ser eliminado?)
En la mayoría de las minas, la construcción de caminos son prácticas basadas en las
anteriores prácticas más allá de la economía. En muchos casos, las prácticas anteriores han
producido caminos rentables, puesto que se basan en la experiencia y sentenciosa (empíricos)
antecedentes. Por ejemplo, tienden a colocar minas caminos (temporal) de construcción de
11. bajo costo a la pala de rostros, semipermanentes (coste medio de construcción de caminos)
para los principales caminos mineros en boxes y permanentes (mayor costo) para la
construcción de caminos de arrastre en boxes. A partir de un "tiempo de uso", esta perspectiva
puede tener sentido desde el análisis económico de la construcción del camino de acarreo
indicaría las mismas opciones. No obstante, la selección del tipo de camino no puede ser
optimizado sin una verdadera evaluación económica.
Resumen
Este manual está diseñado para los ingenieros y directivos que están involucradas en el
diseño, construcción y mantenimiento de caminos. La información disponible en el manual se
basa en los informes existentes, los datos empíricos y geotécnicos y teoría.
Para más información o para adquirir una copia de las guías, póngase en contacto con:
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