UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MECÁNICA – MINAS CARRERA PROFESIONAL ING. DE MINAS
TEMAS: TEMAS:
DISEÑO DISEÑOYYCONSTRUCCION CONSTRUCCIONDE DE CAMINO, RAMPAS EN MINERIA CAMINO, RAMPAS EN MINERIA SUPERFICIAL SUPERFICIAL
ASIGNATURA: DISEÑO Y CONSTRUCCIONES MINERAS DOCENTE
: ING. Noe Cornejo CUSCO-PERU
INDICE 1. Introducción 2. Parámetros de diseño de caminos 2.1 Trazado y Velocidad de diseño 2.2 Ancho de Camino 2.3 Pendientes 2.4 Criterio para curvas horizontales y verticales 2.5 Curvas verticales 2.6 Peraltes y bombeo 2.7 Pretiles 2.8 Pista de frenado 2.9 Cruces (Intersecciones) 2.10 Estacionamientos 2.11 Puntos Colación 2.12 Vías Segregadas de Caminos 2.13 Esquema de Diseño de Caminos 2.14 Categorización de Caminos 3. Construcción y conservación de caminos mineros 3.1 Ejecución del diseño planimétrico o trazado en planta 3.2 Construcción 3.3 Pendientes 3.4 Curvas 3.5 Peraltes 3.6 Pretiles 3.7 Caminos cerca de la frente de carguío 3.8 Caminos en Botaderos 3.9 Caminos de rescate 3.10 Conservación 3.11 Regadío 3.12 Señales de tránsito 3.13 Evaluación del estado y recepción de los caminos 4. Bibliografía
1. INTRODUCCIÓN Los caminos mineros forman parte de la operación diaria y rutinaria de cualquier mina, siendo un componente esencial del punto de vista de la eficiencia de la operación. Es por ello que se ha confeccionado este manual, con el objeto de compartir el conocimiento acerca de los distintos parámetros de diseño, construcción y mantención de caminos, que nos permitirán obtener el mejor resultado de negocio. Una mina es un sistema integrado de procesos , donde el transporte juega un rol fundamental al ser el recurso más costoso de la mina, teniendo así gran influencia en el costo operativo. Por otra parte, tiene gran implicancia en términos de seguridad e higiene, es por esto la importancia que tiene un buen diseño y mantención de las pistas mineras. Es normal que la calidad de las pistas sea vea impactada por muchos elementos, y cada problema debe resolverse de manera particular, que dista un poco de la solución aplicada en la ingeniería de carreteras. Por un lado los vehículos y las solicitaciones transmitidas son muy distintos y por otra parte, las pistas mineras de operación son generalmente temporales. Cada vez se toma más conciencia de la repercusión que tiene el estado de las pistas sobre el ciclo de transporte, en cuanto a: las velocidades de los equipos, los tiempos de interrupción por diseño o construcción inadecuados, desgaste y daños de neumáticos, el consumo de combustible, condiciones climáticas adversas y sobretodo en términos de la seguridad. En Escondida el diseño, construcción y mantención de caminos mineros no ha recibido la atención necesaria de acuerdo a su incidencia en los costos y cumplimiento de metas de producción, por ello este manual pretende dar directrices para estandarizar y optimizar este proceso de acuerdo a las condiciones técnicas y equipos disponibles en el rajo. Esta es la primera versión de un trabajo de esta índole y evidentemente es susceptible de ser mejorado con las sugerencias y aportes de los usuarios y de todos aquellos involucrados en el diseño, construcción y mantención de caminos mineros. 2. PARÁMETROS DE DISEÑO DE CAMINOS 2.1 TRAZADO Y VELOCIDAD DE DISEÑO El trazado de cada camino obedece a la necesidad de transporte de los diferentes tipos de materiales, al origen y destino, a la geometría del rajo, a la topografía y a un sin número de variables que determinan dicho trazado, ya sea en plano o en altimetría. Dentro de las posibilidades se deben evitar el exceso de curvas y contra curvas y la sinuosidad en el trazado planimétrico; si esto no es posible en caminos existentes se debe suavizar dichos trazados con el fin de hacerlos lo menos perceptibles para el conductor y buscando el máximo de productividad.
La velocidad de diseño estará determinada por el tipo de equipo de transporte, sus características particulares que determinan la velocidad máxima posible en cada instancia, bajando cargado, viajando cargado en plano o subiendo una rampa. Dicha velocidad, además del equipo esta determinada también por la geometría y las consideraciones propias de seguridad asociadas al camino. 2.2 ANCHO DE CAMINO 2.2.1 Geometría 2.2.1.1 En secciones rectas Para definir el ancho total de un camino se deben considerar tres componentes: ancho de la vía de transporte, el pretil de seguridad y la berma central si se requiere. El criterio para definir el ancho de las pistas en secciones rectas está basado en el ancho del equipo más grande que esté actualmente en uso, que para el caso de Escondida es 9,15 metros (Camión 797). Se recomienda que cada pista de transporte debe proveer espacio libre tanto a la izquierda como a la derecha igual a la mitad del ancho del equipo mayor que transitará por ella. Además se recomienda que para el tráfico en dos pistas el ancho del camino no debe ser menor que 3.5 a 4 veces el ancho del camión. Estas recomendaciones fueron consideradas en el diseño de ancho para dos tipos de caminos: (a) En rampas y caminos interiores mina (b) En caminos principales
En rampa y caminos interiores mina En estas pistas se considera el criterio del espacio libre a cada lado del camión igual a la mitad del ancho del mismo. Y da como resultado que el ancho total del camino debe ser 3,5 veces el ancho del camión más el pretil, como se puede ver en las Figuras N°1 y 2 y Fórmula N°1.
La fórmula N°1 para el ancho en rampas y caminos interiores mina será:
Donde: A = ancho del camión más grande en la operación B = ancho de la berma con pretil de seguridad Aplicando la fórmula en nuestra operación minera, se tiene que: A = 9,15 metros (Camión 797) B = 5,7 metros AC = 3,5 * A + B AC = 3,5 * 9,15 + 5,7 AC = 37,7 m. ≈ 38 m.
En caminos principales En estas rutas se considera el criterio del espacio libre a cada lado del camión igual a la mitad del ancho del mismo. Y da como resultado que el ancho total del camino debe ser 4 veces el ancho del camión más el pretil más la berma intermedia, como se puede ver en las Figuras N°3 y 4 y Fórmula N°2.
Donde: A = ancho del camión más grande en la operación B = ancho berma con pretil de seguridad Bi = ancho berma intermedia Aplicando la fórmula en nuestra operación minera, se tiene que: A = 9,15 metros (Camión 797) B = 5,7 metros Bi = 5,7 metros AC = 4 * A + Bi + B AC = 4 * 9,15 + 5,0 + 5,7 AC = 47,3 m. ≈ 47 m.
2.2.1.2 En secciones con curvatura El ancho de camino requerido en las curvas toma en cuenta el efecto saliente que ocurre en el equipo en su parte frontal y trasera cuando toma una curva. El procedimiento para determinar el ancho de camino en curvas que considera el efecto recién mencionado, el espacio libre lateral entre las pistas de transporte y el extra ancho que permite acomodarse a las condiciones difíciles en la conducción en las curvas se muestra en la Figura N°5.
Donde: U = ancho de la pista del equipo (desde centro a centro de neumáticos) FA = ancho frontal saliente del equipo
FB = ancho trasero saliente del equipo C = espacio libre lateral total Z = ancho extra asignado debido a las dificultades de conducción en curvas Puesto que el ancho de camino en curvas varía para los equipos según las distintas categorías de peso y diferentes radios de curvatura, se recomiendan los anchos dados en la Tabla N°1. Esta tabla debería ser usada como una guía para establecer el mínimo ancho de camino a lo largo de curvas horizontales. Como los camiones de extracción que operan en Escondida se encuentran en un rango de peso >180.000 Kg. pertenecen a la categoría de equipo N°4 (Ver Tabla N°1).
Por lo tanto, en la Tabla N°2 se debe buscar el radio de giro de la curva en metros, luego buscar el ancho de camino para 1,2, 3 o 4 pistas y finalmente tomar el valor ubicado en la categoría de equipo N°4.
Como referencia los radios de giro mínimos para los camiones de extracción con que actualmente opera Escondida son los que se muestran en la Tabla N°3.
2.3 PENDIENTES 2.2.1 Cálculo de la Pendiente de un camino Para calcular la pendiente que posee un camino se utiliza la fórmula de la Figura N°6
: 2.2.2 Recomendaciones y Estándares El perfil longitudinal del camino debe considerar en el trazado de la rasante una compensación entre el corte y el relleno a realizar para satisfacer las necesidades del diseño. A lo largo de una rasante se tienen diferentes valores para las pendientes (%), siendo el valor máximo permitido en Escondida un 10% para los caminos mineros y rampas principales; y para rampas auxiliares es de un 8% como máximo. Un 8% o menos de pendiente es lo recomendable a utilizar cuando no causa un excesivo stripping o cuando el trazado del camino es demasiado complicado. Esta pendiente entrega mayor flexibilidad en la etapa de construcción del camino y es adecuada en algunos sectores de la mina tales como la entrada de un banco, acercamientos a botaderos o donde por las características de la operación se estime pertinente. 2.4 CRITERIO PARA CURVAS HORIZONTALES Y VERTICALES La habilidad del operador del equipo para ver delante de él a una distancia a la cual él pueda detener el equipo es la primera consideración. La distancia de frenado del equipo es un componente que debe ser evaluado para cada tipo de equipo en la flota de transporte para permitir al diseñador establecer el alineamiento horizontal y vertical del camino. Asociado con la distancia de frenado del equipo está la distancia de visibilidad del operador. Es imperativo que en todas partes a lo largo del camino la distancia de visibilidad sea suficiente que permita al equipo viajar a una velocidad tal que se pueda detener antes de alcanzar un obstáculo o situación de peligro adelante del camino. La distancia medida desde el ojo del conductor hasta el peligro delante
de él (distancia de visibilidad) debe SIEMPRE ser igual o mayor que la distancia requerida para detener de manera segura el equipo (distancia de frenado), es decir:
Distancia de frenado → Debe ser calculada para cada equipo y el alineamiento del camino ajustado a los equipos con la mayor distancia de frenado. Distancia de visibilidad → Debe ser mayor o igual a la distancia de frenado del equipo. Este criterio debe ser considerado tanto en curvas verticales como horizontales. Para las curvas horizontales se tiene que la distancia de visibilidad es limitada por pretiles muy altos, cortes de roca pronunciados, estructuras, etc. El Caso C de la Figura N°7 muestra una curva horizontal con una distancia de visibilidad restringida por árboles y rocas pronunciadas. El Caso D muestra que removiendo los árboles y poniéndolos detrás de la pendiente, la distancia de visibilidad puede ser alargada e igualar a la distancia de frenado, cumpliendo así el criterio necesario.
En la cresta de las curvas verticales la distancia de visibilidad está limitada por la superficie del camino. El Caso A de la Figura N°8 muestra una condición no segura. La distancia de visibilidad está restringida por la curva vertical y el equipo no puede detenerse a tiempo para evitar el peligro. En el Caso B se muestra la condición riesgosa remediada. La curva vertical ha sido alargada, creando así una distancia de visibilidad igual a la distancia de frenado requerida.
Los parámetros de cálculo involucrados en este ítem deben considerar el vehículo de menor dimensión (camionetas) en cuanto a distancia de visibilidad y la longitud mayor de distancia de frenado en los equipos mayores (camiones), luego la que sea mayor debe prevalecer para conservar las mejores condiciones de seguridad en el tráfico. Para determinar la distancia de frenado se tienen pruebas que indican que para equipos con Peso Bruto entre 180.000 y 300.000 Kg que es nuestro caso con los camiones de extracción, la distancia de frenado considerando una velocidad inicial de 32 kph sería de 53 metros. También se puede recurrir a curvas que han investigado el comportamiento de este índice como los de la Figura N°9.
2.5 CURVAS VERTICALES Las curvas verticales son usadas para proveer una transición suave desde una pendiente a otra. La longitud de estas curvas debe ser adecuada para la confortable conducción y además entregar amplias distancias de visibilidad en el diseño. Generalmente la longitud de las curvas verticales es mayor que lo deseable y resulta en grandes distancias de visibilidad. Sin embargo, excesivas longitudes en ellas pueden resultar en largas secciones planas que impiden un buen drenaje y frecuentemente conducen a puntos blandos y baches. La longitud de las curvas verticales que entregarán adecuadas distancias de visibilidad son las que se describen en la Figura N°10.
Donde: L = Longitud de la curva vertical (metros) S = Distancia de frenado alcanzable del equipo (metros) A = Diferencia algebraica entre las pendientes (%) h1 = altura del ojo del conductor arriba del terreno (metros) h2 = altura del objeto sobre la superficie del camino (metros)
Las Figuras N°11 y 12 muestran los mínimos largos de curvas verticales versus distancias de frenado para varias diferencias algebraicas de pendientes (%). Se debe considerar además otro dato que es la altura del ojo del conductor, que para los camiones 797 es de 6 metros y para los 793 es de 5 metros.
En la Figura N°13 se presentan las fórmulas para la determinación de una Curva Vertical, donde se muestra cómo se calculan todos los elementos geométricos que la conforman (Fuente Manual Caminos BHP).
2.6 PERALTES Y BOMBEO 2.6.1 Peralte de una curva Cuando un equipo transita por una curva es forzado hacia el exterior por la fuerza centrífuga, en cambio, cuando el equipo transita por una superficie plana este efecto es contrarrestado por el peso del equipo y la fricción entre la superficie del camino y los neumáticos. Para una combinación adecuada de velocidad y radio, si la Fuerza Centrífuga iguala o excede la Fuerza Resistente (hacia el interior del camino), en ese caso el equipo patinará hacia fuera del camino. Para ayudar a los equipos cuando transitan en curvas el camino debiese frecuentemente estar inclinado. Esta inclinación es llamada peralte. El valor del peralte debe ser tal que cancele la Fuerza Centrífuga. Para una primera aproximación al valor del peralte de una curva se tiene la Tabla N°4.
Para efectuar la transición desde una zona normal a una zona con peralte existe una distancia segura llamada superelevación Runout. El objetivo es darle facilidad al operador tanto dentro como fuera de la curva. Según esto se recomienda que parte de la transición se ubique en la parte recta del camino y parte en la curva. El criterio de diseño indica que sea 1/3 en la parte curva y 2/3 en la parte recta del camino. Este método se puede apreciar en la Figura N°14.
2.6.2 Cálculo del peralte en la curva A continuación se describen varias fórmulas que permitirán obtener cada uno de los puntos de la curva a la que se aplicará el peralte, donde es fundamental conocer las distancias de transición de éste. (Estas fórmulas provienen del Manual de Carreteras Vol.3). 1) Cálculo del Peralte Teórico
P = Peralte (%) Vd = Velocidad de diseño (km/hr). R= radio de curvatura ( mts). 2) Cálculo del Largo de Transición
L = Largo de transición (m.) P = Peralte (%) B = Bombeo (%) A = Ancho camino (m.)
3) Cálculo del Desarrollo de la Curva
D = Desarrollo de la curva (m.) R = Radio curvatura (m.) α = ángulo de la curva (°) 4) Cálculo tasa giro
Tg = Tasa de giro cada 1% (m.) P = Peralte (%) b = Bombeo (%) L = Largo de transición (m.) 5) Pendiente relativa de borde
+ Cada uno de los parámetros correspondientes a las fórmulas anteriores se describen en la Figura N°15.
Además se deben definir los valores y ubicación de cada uno de los puntos de la curva, los cuales se muestran en la Figura N°16.
De acuerdo a la Figura N°16, se tiene que: PT = Principio de transición FT = Final de transición PC = Principio de la curva FC = Final de la curva Pmáx = Peralte máximo (se aplica solo en la parte curva) 1/3L = un tercio del largo de transición (se ubica en la parte curva de la curva) 2/3L = dos tercios del largo de transición (se ubica en la parte recta de la curva) T = puntos intermedios definidos por la tasa de giro. 2.6.3 Metodología de Cálculo del peralte y su transición en curvas horizontales Los siguientes pasos permitirán materializar en terreno el peralte de una curva, a través de la descripción del orden en que se deben efectuar los cálculos. 1) Se tiene el trazado de la curva. Se trazan los ejes de ésta a lo largo de los tramos rectos, los cuales al intersectarse formarán el vértice de la curva. 2) Luego se traza el mejor círculo que represente la curva y que se ajuste a las rectas recién descritas.
3) Calcular el Radio de este círculo, el cual representará el Radio de Curvatura (R). 4) Calcular el ángulo α. 5) Definir el resto de los parámetros de entrada para el diseño:
6) Aplicar las fórmulas 1 a 4: Peralte Máximo, Largo de Transición, Desarrollo de la Curva y Tasa de Giro. 7) Se obtendrán los parámetros de salida que son:
8) Llevar los valores obtenidos a las Figuras N°15 y N°16 y entregar plano y tabla con distancias y cotas de la curva y su peralte a la persona de terreno. 9) Quien sea el responsable de materializar este trabajo en terreno, deberá guiarse por la Tabla N°8 que viene a continuación Finalmente a modo de muestra se tienen las siguientes figuras que representan la transición del peralte al materializarlo en terreno.
2.6.4 BOMBEO (Cross slope) A pesar de que hasta ahora el bombeo no ha sido considerado en los caminos interior mina en Escondida debido a las características climáticas propias del sector (clima desértico con lluvias muy ocasionales en el año), el daño producido en los caminos producto de las pocas lluvias y nieve que se han hecho presentes nos hacen buscar las recomendaciones respecto a este parámetro de diseño, por lo menos para ser tomado en cuenta en los nuevos caminos. El bombeo o cross slope es la diferencia en elevación entre la cresta y el borde del camino, y debe ser considerado durante el diseño y construcción de un camino. Uno de lo objetivos es reducir el esfuerzo en la dirección por parte del conductor a un nivel más beneficioso, pero si el objetivo es además un adecuado drenaje entonces este parámetro debe ser considerado. Para combinar drenaje y direccionabilidad un balance debe ser establecido entre ambos, es decir, debemos buscar la razón de bombeo que permitirá el rápido escurrimiento del agua de la superficie sin afectar negativamente el control vehicular. Aunque la mayoría de los estudios ha sido conducido en relación a caminos rurales y urbanos los criterios son igualmente aplicables a caminos mineros. La razón de bombeo (cross slope) recomendada para superficies construidas en caminos mineros es del orden de 1%-4%, como se muestra en la Figura N°19.
2.7 PRETILES 2.7.1 Pretil de seguridad 2.7.1.1 Geometría y Posición El estándar de Pretiles en Caminos Interior Mina indica que con tránsito de camión de alto tonelaje, deberá haber un pretil lateral de seguridad con una altura mínima de 1,80 metros. La Figura N°17 muestra el diseño del pretil de seguridad utilizado en Escondida. El pretil de seguridad será construido a los costados externos de los caminos, para demarcar el borde la rampa o del banco y servir de referencia para que los camiones transiten en una zona segura. La altura del pretil (ver Figura N°20) es equivalente a la altura media de una rueda de camión 797 (el tamaño
mayor que transita en la mina). Este pretil tiene una resistencia que podría ser sobrepasada con un camión sin control, por lo que se refuerza que en esos casos los operadores deben dirigir el vehículo hacia la “caja” o pared del banco. La construcción del núcleo del pretil deberá ser con material grueso, de la extracción normal de la mina. Nunca se deberá usar “chusca”, grava, o ripio para construir el núcleo. El ancho del pretil, en la parte superior será de 50 cm. en la parte central. La base del pretil será de 5,2 metros y una altura mínima de 1,80 metros. La forma trapezoidal de este se construirá con retroexcavadora, siguiendo los procedimientos operacionales establecidos. Para evitar daños en los neumáticos y permitir instalar los cables eléctricos a una altura segura, se cubrirá el pretil de material grueso con otro de material fino, hacia el interior del camino, con un ancho de aproximadamente 50 cm. y una altura máxima de 1,5 metros, el que se compactará con retroexcavadora (ver Figura N°20). Se deberá construir los pretiles sobre terreno firme a los costados de los caminos. En caso contrario, la base del banco deberá ser reforzada con relleno de material grueso en el talud, o bien construir el pretil en la zona resistente hacia el interior del camino. La construcción y diseño de caminos deberá considerar esta normativa para los pretiles, con el objeto de tener una referencia de seguridad para el normal desplazamiento de los camiones de alto tonelaje, al interior de la mina.
En el caso de que sean utilizados ripios de lixiviación en estos pretiles el diseño cambiaría quedando según la Figura N°22, con un núcleo de material grueso cubierto por una capa de ripios de unos 10 cm. dándole verticalidad y por ende mayor estabilidad al pretil.
2.7.2 Pretiles de contención intermedios 2.7.2.1. Diseño de los pretiles intermedios La principal funcionalidad de los pretiles intermedios es en algunos sectores de la mina proporcionar a los camiones que transitan en las pistas la posibilidad de reducir la velocidad y lograr detenerse cuando han perdido el control, por falla de sus frenos o han tenido algún tipo de emergencia. Estas construcciones son necesarias en tramos largos donde los camiones transitan cargados o vacíos bajando por rampas. La altura de estos pretiles es diseñada para detener (agarrar) el chasis del camión en su parte inferior y así impedir que el vehículo sufra grandes daños en su estructura y pueda reducir la velocidad. No es necesario construir una gran barrera que en definitiva proveerá solo otro riesgo de colisión. Estos pretiles deben ser construidos con material granulado de mediano tamaño y en su exterior preferiblemente material fino y parcialmente suelto. El procedimiento para construir estos pretiles es el siguiente: la posición será en el eje y centro de cada porción de 150 mts de rampa a 10% con una longitud máxima de 60 mts., dejando 45 mts. libres de obstáculos hacia arriba y hacia abajo con el fin de permitir el acceso libre a los bancos. En la Figura N°23 se muestra el diseño y dimensiones propuestos para estos pretiles intermedios.
En la Figura N°24 se muestra la altura del chasis del camión de extracción más grande que transita en Escondida (797), lo cual nos guía para la determinación de la altura del pretil:
Las dimensiones han sido definidas de acuerdo a la orientación que entregan las Tablas N°10 y Tabla N°11, las cuales indican los valores recomendados para los parámetros S, A, B y C indicados en la Figura N°23.
Por último es necesario mencionar que el entrenamiento del conductor para interactuar con estas bermas en caso de que pierdan el control de sus camiones es tan importante, o incluso mucho más que el diseño de la berma misma. 2.8 PISTA DE FRENADO Bajo ciertas condiciones se podrán construir rampas de emergencia o pista de frenado. Las ventajas principales son la eficacia de detención de vehículos al incorporar una gradiente fuerte y el empleo de material suelto (grava) que opone una gran resistencia al desplazamiento del vehículo y de fácil disposición en el terreno, las desventajas son que son costosas y el consumo adicional de espacio en la geometría de explotación. Las dimensiones se desarrollan en base a las velocidades y pendientes, cuya figura principal es la siguiente:
2.9 CRUCES O INTERSECCIONES En Escondida se desarrolló un Proyecto Six Sigma llamado “Cruces y Vías principales en la Mina” que se ocupó de estandarizar este concepto, del cual podemos extraer los puntos que se definieron dentro del Instructivo “Estándar de Construcción y Mantención de Cruces de Caminos”: 1. Altura de Pretiles. La altura de los pretiles debe tener como mínimo 1.8 mts. Además, se debe considerar en la intersección de los cruces una visibilidad adecuada para vehículos livianos de una altura 1,2 mts. de modo que el conductor pueda ver fácilmente desde el vehículo liviano. 2. Señalética. De tránsito según estándar Mina.
3. Señalética informativa de la mina. Indicar a través de una señaletica informativa la aproximación a un cruce peligroso o vía principal. 4. Rotondas o salidas de vehículos livianos. Deben estar aproximadamente a 100 mts. de distancia de un cruce principal, debidamente señalizado en forma mandatoria para vehículos livianos y tener una visibilidad no inferior a 100 mts. del vehículo que va a enfrentar en la vía. 5. Las salidas de vehículos livianos no podrán ser diseñadas dentro de zonas de curvas. 6. Las rotondas y salidas de vehículos livianos deben interceptar siempre el camino minero en forma perpendicular. 7. Los vehículos livianos deben ser advertidos con señalética informativa a unos 70 mts del cruce principal. 8. Todos los cruces principales deben estar debidamente iluminados, que permitan una buena visibilidad de la señalética. 9. Se debe mantener un regadío de acuerdo a procedimiento interior Mina en los cruces de manera de no impactar la seguridad de los conductores que se aproximan a los cruces y a las salidas de vehículos livianos. 10. En caso de trabajos con motoniveladoras en mantención de caminos. No deben quedar cordones que impidan el normal tráfico de vehículos livianos, en cruces y rotondas. 11. En la mantención de caminos con motoniveladoras. No deben quedar en las orillas de las bermas un cordón secundario. 12. Modificaciones o diseños nuevos de cruces, rotondas, vías principales o otra. Deben ser comunicadas a lo menos 24 hrs. antes de hacerlas efectivas para asegurar un completo entendimiento de los usuarios de estos cruces y vías. Estas puede ser por la vía de intranet, mail, u otra. 13. Orejas o Rotondas. Por ningún motivo debe ser diseñada una oreja o rotonda para doble sentido de tráfico de vehículos livianos En la Figura N°27 se observa una intersección con un ángulo menor de 70 grados, lo cual no es aconsejable por la visibilidad que se necesita en las intersecciones, por lo tanto la recomendación es un empalme entre 70 y 90 grados.
Además las intersecciones deben efectuarse en terrenos lo más planos posibles, no deben ser construidas en la parte superior de una rampa por ejemplo. También se debe evitar poner una intersección cerca de la cresta de una curva vertical o de una curva horizontal muy pronunciada. Como se dijo, las intersecciones deben ser lo más planas posibles, de manera que la distancia de visibilidad sea considerada en los cuatro cuadrantes. Cada caso de intersecciones debe ser analizado en detalle, guiándose por el proyecto antes mencionado y con el objeto de brindar cruces seguros a la operación.
2.10 ESTACIONAMIENTOS Los estacionamientos se deben construir en los caminos de salida de botadero, más específicamente en la ruta de regreso vacíos, en una posición en la que preferentemente esté fuera del radio de las tronaduras. Deben contar con acceso de vehículos livianos con vías segregadas, baño e iluminación, caseta de espera y con entradas y salidas claramente identificadas, que permita el desplazamiento en un solo sentido y con las posiciones en que deben quedar las unidades plenamente demarcadas, con su zanja de colocación de las posiciones delanteras en cada uno de los estacionamientos individuales. En la Figura N°28 se aprecian los distintos elementos del estacionamiento. Acceso camiones área mantenimiento caseta baño
Esquema de un estacionamiento de camiones, en que el ingreso es por la parte trasera del estacionamiento de la unidad y la salida es por el frente. De esta forma se evita que el operador retroceda con su unidad y además existen una vía segregada para vehículos livianos y un área de mantenimiento, los anchos descritos son de carpeta útil, por lo tanto se debe considerar en ancho de los pretiles separadores.
2.11 PUNTOS DE RETIRO DE COLACIÓN Los puntos de retiro de colación deben estar ubicados, al igual que los estacionamientos , en las vías de retorno vacío de los camiones, por razones de seguridad y eficiencia. Estos deberán estar dispuestos de tal forma que permitan el paso expedito de las unidades por él, con las ya conocidas plataformas de entrega en una posición de entrega lo más segura posible. La forma de ingreso y salida debe ser en un solo sentido, con el fin de evitar confusiones y optimizar el flujo de camiones en el perfil de transporte
2.12 VIAS SEGREGADAS DE CAMINOS Los vehículos livianos representan un factor importante a tener en cuenta en la seguridad dentro de la operación, es por ello que en la medida de lo posible se deben construir caminos separados del flujo de camiones de alto tonelaje. La posición de estos caminos estará determinada por el diseño de la mina, las instalaciones, los accesos, los cruces de caminos, etc. El planificador deberá velar siempre que la incorporación de estas vías segregadas no implique un riesgo adicional en seguridad, sino que debe cumplir cabalmente el propósito de minimizar la exposición al riesgo de los vehículos livianos, manteniendo los parámetros anteriormente mencionados. En el caso de una vía segregada de un sentido debe considerarse una carpeta útil de 4 m. mínimo y en el caso de una vía bidireccional una carpeta útil de 8 m. para permitir el desplazamiento fluido. En la Figura N°31 se aprecia la vía segregada en la zona del Punto N°1 de colación, con la finalidad de evitar el ingreso de vehículos livianos al cruce de acceso a los chancadores.
2.13 ESQUEMA DE DISEÑO DE CAMINOS La Figura N°32 presenta un esquema para el diseño de un camino, donde los 12 pasos a seguir son descritos a continuación. 1. Determinar origen y destino del camino.
2. Determinar ruta más económica del plano topográfico o modelo. 3. Inspección en terreno de las posibles rutas y seleccionar las más favorables. 4. Chequeo de pendientes y velocidades para optimizar el rendimiento de los camiones de acuerdo con los costos de construcción del camino. 5. Chequear los TKPH de los neumáticos de acuerdo a las velocidades esperadas y modificar éstas si es necesario. 6. Diseñe las curvas horizontales y verticales y chequear distancias de parada y visibilidad. 7. Si el camino llevará luminaria o vehículos especializados, chequear la geometría del camino para asegurar el eficiente uso de estos vehículos. 8. Chequear las dimensiones de los camiones y rendimientos de los neumáticos en la ruta completa, si es necesario, repita pasos 4,5 y 6. 9. Topografiar la ruta y replantear las líneas de ejes, cotas y anchos de diseño, pendientes y perfiles, y drenaje si es necesario. 10. Pruebe las propiedades del suelo a través de la ruta y diseñe la construcción de acuerdo a esto. 11. Diseñe los peraltes en curvas y los ensanchamientos en curvas horizontales. 12. Haga el cálculo final de costos para terminar el diseño del camino.
2.14 CATEGORIZACIÓN DE CAMINOS Existen diversas formas de categorizar o evaluar el estado de un camino, para poder detectar la necesidad de reparar, existen las prioridades de acuerdo al flujo de material y a la fecha en que se requiere esté operativo.
En la figura anterior se grafican los sectores típicos de una mina, en la cual se ha sectorizado por tramos para evaluar el camino. Este proceso es ventajoso en caminos largos, con posiciones claramente identificables y que necesita ser reparado por el flujo que tiene. Una vez realizada la identificación de los tramos, se procede a clasificar los defectos funcionales, tales como baches, estrías, surcos, material suelto (blandones), polvo, rocas en la carpeta, derrames, grietas y patinazos, mediante una cartilla que se sugiere en la pagina siguiente. Posteriormente se realiza una evaluación (numérica), con toda la información pertinente y de acuerdo a los problemas detectados se sugiere la reparación correspondiente.
3. CONSTRUCCIÓN Y MANTENCIÓN DE CAMINOS 3.1 EJECUCIÓN DEL DISEÑO PLANIMÉTRICO O TRAZADO EN PLANTA Una vez realizado el diseño por Ingeniería, debe ser presentado al LLGG responsable de la ejecución de este para un análisis en conjunto de la factibilidad y conveniencia de realizar lo propuesto en terreno. Se debe considerar en este análisis como prioridad el perfil de transporte más conveniente y el tiempo estimado de ejecución de los trabajos, acorde a si el camino esta en uso.
Luego se procederá a replantear topográficamente el trazado con sus respectivos parámetros de diseño previamente calculados por el planificador. Los diseños de caminos nuevos o reparados deben cumplir con los parámetros de diseño (ancho, pendientes, peraltes, etc.) descritos anteriormente. En lo posible se debe evitar partir con un trabajo de caminos sin diseño, aunque es posible realizar en terreno mejoras que sean de carácter evidente, tanto para una etapa preliminar como para la ejecución inicial y aquellas que tiene una significancia desde el punto de vista de seguridad de la operación.
3.2 CONSTRUCCIÓN DE UN CAMINO Mientras se ejecute la construcción de un camino, ya sea horizontal o en rampa, el LLGG deberá restringir al acceso a esta zona, mediante conos hasta que ésta esté completamente habilitada, permitiéndose el paso sólo a personal involucrado y con los avisos radiales correspondientes. Durante la construcción se debe usar estacado topográfico permanente para las alineaciones correspondientes y niveletas para mantener las pendientes de diseño, con el fin de evitar rehacer trabajos con el respectivo costo asociado a esto. En aquellos casos en que el equipo cuente con sistema computacional (propio o modular), debe usarse éste como primera fuente de información. El LLGG responsable debe usar preferentemente estos equipos, con el fin de liberar a topografía y permitir que efectúen otros trabajos en la mina. Sin embargo, para las verificaciones debe requerirse el apoyo topográfico.
El material a usar debe ser el generado por los equipos de extracción y se debe tener presente las características de calidad de éste, con el fin de no diluir la ley en los sectores mineralizados. Se debe evitar usar material grueso en la carpeta a menos que la capa de material fino sea de 40 cm. de espesor o más y en la cual no existan rocas de tamaño mayor a los 10 cm, pues en el corto plazo siempre comienza a aflorar el material grueso, siendo un peligro para los neumáticos y vehículos livianos. Si bien la literatura recomienda obtener la compactación con rodillos compactadores y realizar ensayos para verificar esto, en nuestro caso, por la naturaleza de ser caminos temporales y por la dinámica de la mina, esta compactación se obtendrá con el tránsito de los camiones de alto tonelaje, previa afinación de la superficie con motoniveladora y el regadío correspondiente. Además se debe tener cuidado con el uso del ripper y el control sobre los bolones que comienzan a emerger. 3.3 PENDIENTES La pendiente debe ser la requerida por diseño, aunque para caminos de transporte esta no debe exceder 10 % por ningún motivo. En aquellos caminos tales como rampas auxiliares de acceso éstas no deben exceder un 8%, dependiendo del equipo y las recomendaciones establecidas para tal efecto.
3.4 CURVAS Las curvas ya sean horizontales como verticales deben ser calculadas, replanteadas y controladas por diseño, el LLGG responsable de la ejecución del trabajo debe dilucidar cualquier duda con el Ingeniero de terreno, procurando que dichos elementos de diseño cumplan en el terreno con el propósito de mantener la fluidez y seguridad del flujo vehicular. La combinación de curvas horizontales con verticales no es recomendable, pero depende de la geometría particular de la zona el uso de dicha combinación, lo importante es mantener los parámetros de visibilidad y seguridad asociados a los equipos.
Para materializar estos trabajaos en terreno se debe buscar en una primera instancia efectuar el trabajo con el GPS de Alta Precisión de los equipos, y si no es posible contar con él por alguna razón, solicitar apoyo topográfico. Si la condición lo requiere, es conveniente el uso de espejos en curvas interiores del pit.
3.5 PERALTES Los peraltes también deben ser calculados, replanteados y controlados de acuerdo al diseño, el LLGG responsable por el trabajo debe mantener un seguimiento durante la ejecución de éstos y al finalizar el trabajo debe realizar al menos una prueba como copiloto en un camión para “sentir” el efecto del peralte y su posible mejora. En terreno no se debe realizar peraltes por pistas (como el de la Figura N°38), ya que estos representan un riesgo para la conducción. Para materializar estos trabajaos en terreno se debe buscar en una primera instancia efectuar el trabajo con el GPS de Alta Precisión de los equipos, y si no es posible contar con él por alguna razón, solicitar apoyo topográfico.
Se recomienda el uso de peraltes a todo el ancho del camino, ya que en caso de ser necesario los camiones se pueden cambiar de pista sin alterar su velocidad y mantener las condiciones de seguridad. La Figura N°39 muestra el perfil transversal a medida que se desarrolla el peralte.
3.6 PRETILES El estándar de Pretiles en Caminos Interior Mina indica que con tránsito de camión de alto tonelaje, deberá haber un pretil lateral de seguridad con una altura mínima de 1,80 metros. Sin embargo en aquellos lugares que el LLGG responsable estime conveniente podrá superar este estándar que es el mínimo aceptable para la operación. Se recomienda en aquellos caminos con riesgo de caídas a otro nivel o volcamiento, confeccionar un pretil de 2.5 mts. de altura y a lo menos 6 mts. de ancho en la base. También es aconsejable en los cruces e intersecciones realizar un rebaje a estos pretiles para dejarlos de 1mt. de altura en una extensión longitudinal de 5 mts. Para permitir una mejor posición
de las señales de tránsito y mejorar la visibilidad a los vehículos livianos que circulan en la mina. La ejecución de estos pretiles en curvas debe realizarse una vez logrado el peralte, dado que de otra manera se podría tener un pretil subestándar en la zona externa de la curva. Durante la conservación de caminos por equipos como tractores neumáticos o motoniveladoras no debe acumularse material en la base de los pretiles, ya que estos materiales pueden dañar neumáticos o servir de trampolín para que los vehículos pasen por arriba de los pretiles. Se recomienda acumular estos materiales en lugares que no representen inseguridad al flujo vehicular y que puedan ser retirados con cargadores frontales. En aquellos casos en que la pared sea inestable o por explotación de los bancos superiores se recomienda hacer pretiles en la pared superior de los bancos adyacentes al camino, con el fin de entregar una mayor seguridad al tráfico. En las fotografías siguientes se aprecian dos pretiles modelo par ser construidos en la mina, se realizaron con prolijidad y con una geometría que muestra un trabajo de calidad, en que el material resulta el apropiado y se aprovechó íntegramente, en el caso de los pretiles intermedios se posicionaron según lo recomendado y con asistencia topográfica.
3.7 CAMINOS EN BANCOS CERCA DE LOS FRENTES DE CARGUÍO En la medida que el equipo de carguío avanza en el banco en explotación, se debe poner el camino preferentemente hacia la pata del banco, con la finalidad de permitir la preparación de las zonas de perforación y definir un camino no mayor a 42 mts. de ancho que permita la conservación de este de manera eficiente y no gastar recursos innecesariamente.
3.8 CAMINOS EN LAS ZONAS DE VACIADO En los botaderos o stocks también se debe considerar definir un camino no mayor a los 42 mts. para no gastar recursos de equipos de desarrollo más de lo prudente, se recomienda en los botaderos tomar una medida similar, generando una rotonda o similar para definir el ingreso y salida de los vehículos.
También se recomienda la sectorización en los botaderos de manera de contar con áreas específicas para efectuar mantenimiento, como se ve en la Figura N°44.
3.9 CAMINOS DE RESCATE Los caminos de rescate son fundamentalmente para vehículos livianos que permitan el acceso a lugares de posibles caídas de equipos por accidentes, tales como los pie de botaderos y stocks. Estos deben estar claramente señalizados en un plano visible en
cada área que tenga ingreso a la mina, y en terreno por letreros que permitan su identificación de manera expedita. La pendiente no debe exceder el 14%.
3.10 CONSERVACIÓN Una de las etapas más importantes una vez definido un camino con todos sus elementos, es la conservación de este en el tiempo. De hecho aparecen múltiples problemas por efecto de la degradación una vez en uso, tales como: deformaciones (por material arcilloso, transversales, longitudinales), baches (hoyos), rocas aflorando, impermeabilidad, exceso de polvo, todas estas en la carpeta, pérdida de ancho por acumulación de material, degradación de pretiles, etc. Los objetivos básicos que persigue la conservación de caminos son: Mantener el nivel de producción con la maquinaria disponible, reducir costos de producción y disponer de condiciones de seguridad y eficiencia óptimas. Es importante recalcar que la buena conservación del camino tiene incidencia directa en la productividad, en la velocidad del transporte, en el consumo de combustible, en la vida de los neumáticos, en la vida de los equipos, en la seguridad, en el medio ambiente y en la fatiga de los conductores. Una de las formas más eficientes de conservación es con un programa definido y controlado por Operaciones Mina que asegure el mantenimiento en forma periódica de los caminos. Durante la conservación el Líder de grupo responsable debe definir la ruta alternativa o si permitirá el uso de ésta al menos en un sentido o ambos si el ancho del camino lo permite.
3.11 REGADÍO El regadío es una de las actividades más criticas asociadas a la conservación de los caminos y debe realizarse de acuerdo a los procedimientos establecidos, para evitar, ya sea la falta o el exceso de humedad, generadora de polvo o de resbalamientos de equipos. En las pilas de lixiviación de sulfuros debe utilizarse solo agua, sin aditivos (sales) que entorpezcan el proceso posterior. Esto se aplica también en los botaderos y stock.
3.12 SEÑALES DE TRÁNSITO Las señales de tránsito cumplen en los caminos un rol de ayuda a las diferentes preferencias y mandatos y el objetivo principal es de generar un flujo seguro sin lugar a interpretaciones. Por diseño, deben posicionarse según los diferentes elementos del camino y de acuerdo a los flujos determinados por los planificadores: en los cruces
deben estar las señales de reglamento (mandatorias) de tráfico, tales como Pare y Ceda el Paso, en rectas y curvas las señales de velocidades máximas y advertencias de aproximación, aquellas de información y cambios de frecuencia. Obviamente estas señales deben seguir los principios básicos de cualquier camino en cuanto a operatividad, uniformidad, comprensibilidad, emplazamiento y visibilidad.
Las señales de tránsito deben estar dispuestas de acuerdo con lo que indica el diseño, además de todas aquellas que sean necesarias para permitir el máximo de seguridad en el flujo vehicular. Deben ponerse en terreno de tal forma que no produzcan riesgos por caídas de ellas u otras circunstancias, de preferencia deben usarse aquellas que tienen bases que permiten una mejor estabilidad. En los cruces deben ubicarse de tal forma que faciliten la visibilidad, especialmente de los vehículos livianos. En las fotografías siguientes se aprecian algunas señales dispuestas dentro de la mina.
Además en la mina se deben señalizar los stock y botaderos indicando la zona a descargar e identificando los nombres de éstos. 3.13 EVALUACIÓN DEL ESTADO Y RECEPCIÓN DE LOS CAMINOS Existen múltiples formas de evaluar una pista de circulación, dependiendo de las características de cada mina, especialmente en lo que a condiciones climáticas se refiere, se ha propuesto la forma de evaluación descrita en el punto de categorización de caminos. Una vez finalizada la reparación, el mantenimiento o conservación del camino se debe chequear el ancho de éste, la pendiente, el estado de la carpeta, de los peraltes, de los pretiles y las señales de tránsito. La siguiente es una cartilla propuesta que sirve para determinar estados de avances de trabajo y/o recepción definitiva de un camino, ya sea nuevo o en reparación.
CONSIDERACIONES ADICIONALES Permanentemente se debe pedir retroalimentación a los operadores respecto de los trabajos en ejecución y una vez finalizados, para percibir la aceptación y grado de satisfacción de ellos en cada una de las etapas. Sin embargo se deben controlar las iniciativas generadas por ellos, ya que deben estar insertas dentro de los mejoramientos integrales, con el fin de evitar trabajos excesivos o innecesarios. 4. BIBLIOGRAFÍA BHP Engineering. “Mine Road Design Manual”. 1998. W.Hustrulid, M.Kuchta. “Open Pit Mine Planning and Design” Vol.1 Fundamentals. Walter W. Kaufman, James C.Ault. United States Department of the Interior. Bureau of Mines. “Design of Surface Mine Haulage Roads – A Manual”. Dwayne D.Tannant, Bruce Regensburg. School of Mining and Petroleum Engineering, Department of Civil and Environmetnal Engineering, University of Alberta. “Guidelines for Mine Haul Road Design”. 2001. R.J.Thompson. Profesor Departamento de Ingeniería en Minas de la Universidad de Pretoria. A.T.Visser Profesor Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Pretoria. “The Functional Design of Surface Mine Haul Roads”. Martin Whitham, Rod Williams. “Haul Road Design, Construction and Maintenance Guidelines”. Febrero 2003. Manual de Carreteras Volumen N°3 “Instrucciones y Criterios de Diseño”. Dirección de Vialidad Ministerio de Obras Públicas. Francisco Ayala Caicedo. “Manual para el diseño, construcción y mantenimiento de pistas mineras”. Instituto Geológico y Minero de España.
