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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

Facultad de Ingeniería Mecánica

Plan de Tesis:

CÁLCULO DE UNA FAJA TRANSPORTADORA PARA EXTRAER 250 m3/Hr DE

DESMONTE EN LA EXCAVACIÓN PARA CONSTRUIR ESTACIONAMIENTOS

SUBTERRÁNEOS DEL PARQUE KENNEDY

Presentado por:

Ronald Medina Rojas

Para optar el título de:

Ingeniero Mecánico

Huancayo, febrero de 2016

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ÍNDICEÍNDICE..........................................................................................................................................................2

1 PLANTEAMIENTO DE ESTUDIO.....................................................................................................3

1.1 Planteamiento del problema............................................................................................................3

1.2 Formulación del problema...............................................................................................................4

1.2.1 Problema general...................................................................................................................4

1.2.2 Problemas Específicos:..........................................................................................................4

1.3 Objetivos de la investigación..........................................................................................................4

1.3.1 Objetivo General....................................................................................................................4

1.3.2 Objetivos Específicos (opcional)...........................................................................................4

1.4 Justificación e importancia del proyecto.........................................................................................4

1.4.1 Razones que motivan la investigación...................................................................................4

1.4.2 Importancia del tema de investigación..................................................................................5

1.5 Alcances y limitaciones:..................................................................................................................5

2 MARCO TEÓRICO..............................................................................................................................5

2.1 Antecedentes del estudio.................................................................................................................5

2.2 Bases teóricas..................................................................................................................................6

2.3 Bases conceptuales..........................................................................................................................9

3 HIPÓTESIS.........................................................................................................................................10

3.1 Hipótesis de investigación.............................................................................................................10

3.1.1 Hipótesis general..................................................................................................................10

3.2 Operacionalización de las variables..............................................................................................10

4 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN...................................................................................11

4.1 Método de investigación...............................................................................................................11

4.2 Tipo de investigación....................................................................................................................11

4.3 Nivel de investigación...................................................................................................................11

4.4 Diseño de la investigación.............................................................................................................11

4.5 Población y muestra o unidad de observación..............................................................................12

4.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos..........................................................................12

4.7 Procedimiento de recolección de datos.........................................................................................12

5 ASPECTOS ADMINISTRATIVOS....................................................................................................13

5.1 Cronograma de actividades...........................................................................................................13

5.2 Presupuesto y financiamiento........................................................................................................14

5.3 Materiales y equipos a utilizar.......................................................................................................14

6 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA.....................................................................................................14

7 ANEXOS.............................................................................................................................................15

Anexo: Caja negra y caja blanca de la investigación...................................................................................15

3

Anexo: matriz de consistencia.....................................................................................................................16

1 PLANTEAMIENTO DE ESTUDIO

1.1 Planteamiento del problema

OBRAINSA (Obras De Ingeniería S.A.), empresa constructora peruana

será la encargada para la ejecución del proyecto de construcción de

estacionamientos subterráneos debajo del parque Kennedy - Miraflores,

por lo cual tiene la necesidad de utilizar el sistema de fajas transportadoras

con capacidad de 250 m3/hr como mínimo para extracción de desmonte

producto de las excavaciones en la construcción de estacionamientos

subterráneos, toman esta decisión por ser un sistema flexible que se

adecua a los requerimientos de la obra.

Actualmente se vienen presentando mayor cantidad de proyectos que

involucran realizar excavaciones más profundas, para edificaciones más

altas y complejas. Esto nos impulsa a utilizar sistemas de excavación, más

eficientes, seguras y económicamente viables. Para las excavaciones

profundas se utiliza la técnica de estabilización de suelos con muros

pantalla, este proceso constructivo involucra trasladar el material del

subsuelo hacia el exterior para su eliminación, convirtiéndose este proceso

un cuello de botella para el avance de la construcción de muros pantalla.

Por ello realizar el cálculo de la faja transportadora, significa realizar el

cálculo del sistema motriz, sistema de transporte, sistema de tensado,

soportes y anclajes de acuerdo a las cargas actuantes y requerimientos de

capacidad y así poder lograr proveer a la obra un equipo para la

eliminación del material en las excavaciones de playas de estacionamiento.

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Este hecho facilitara el cumplimiento de los plazos y costos establecidos,

además de cumplir los requerimientos de las normas de seguridad y

protección al medio ambiente.

1.2 Formulación del problema

1.2.1 Problema general

¿Cómo calcular la faja transportadora para extraer 250 m3/hr de

desmonte en la excavación para construir estacionamientos

subterráneos del parque Kennedy?

1.2.2 Problemas Específicos:

• ¿Cómo calcular el sistema motriz de la faja transportadora?

• ¿Cómo calcular el sistema de transporte de la faja transportadora?

¿Cómo calcular el sistema de tensado de la faja transportadora?

¿Cómo calcular los soportes y anclajes de la faja transportadora?

1.3 Objetivos de la investigación

1.3.1 Objetivo General

Calcular la faja transportadora para extraer 250 m3/hr de desmonte en la

excavación para construir estacionamientos subterráneos del parque

Kennedy

1.3.2 Objetivos Específicos (opcional)

- Calcular el sistema motriz de la faja transportadora

- Calcular el sistema de transporte de la faja transportadora

- Calcular el sistema de tensado de la faja transportadora

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- Calcular los soportes y anclajes de la faja transportadora

1.4 Justificación e importancia del proyecto

1.4.1 Razones que motivan la investigación

Actualmente existe una gran demanda de sistemas de eliminación de

material producto de las excavaciones, dentro de las cuales el sistema

de extracción con fajas transportadoras es una de las más usadas.

El alquiler de las fajas transportadoras es antieconómico, porque eleva

los costos de la construcción del estacionamiento, por tal motivo se

decide realizar el diseño de este sistema de extracción de desmonte de

excavaciones para tener un proceso económico en términos de costo y

de tiempo.

1.4.2 Importancia del tema de investigación

El diseño de la faja transportadora mejorará el sistema productivo en la

eliminación de material de las excavaciones profundas, disminuyendo

tiempos y dinero.

1.5 Alcances y limitaciones:

En la realización de este trabajo de investigación buscamos que el cálculo

de la faja transportadora de capacidad de 250 m3/hr utilice los

componentes de un sistema de transporte por faja transportadora los

cuales forman ya forman parte de los activos fijos de la empresa

constructora. Considérese que, la empresa utiliza este sistema de faja

transportadora configurando a la condición particular de cada obra donde

se realiza la excavación. Este cálculo para una configuración particular

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debe considerar la facilidad en su fabricación, traslado, montaje y su

respectiva puesta en operación, asegurándonos que contenga los

componentes requeridos para su montaje y puesta en marcha. Este

cálculo se hará cumpliendo los requerimientos de capacidad de 250

m3/hr, seguridad y medio ambiente, solicitadas por el proyecto.

2 MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes del estudio

(Rafael Castro Melarín, 2000) Las rampas por si solas traen desventajas en la

eliminación de material de la rampa y construcción de muros anclados en

la zona de la rampa, por ello se deben trabajar en conjunto con fajas

transportadoras. Se debe iniciar el montaje de la faja transportadora

desde el inicio del proyecto. La faja transportadora tiene que estar

operativa entre la excavación del 2do y 3er anillo, evitando que la rampa

crezca más.

El alimentador de la faja transportadora tiene que estar ubicado lo más

centrado en el proyecto posible, de tal forma que se reducen los tiempos

de acarreo de material de la zona de corte a la zona de eliminación.

Las fajas con transiciones tienen que ser orientadas hacia el centro del

proyecto, de tal forma que sea más fácil la alimentación del material sin

afectar la construcción de los muros anclados.

Se debe considerar el tamaño y cantidad de fajas dependiendo del

tamaño del proyecto.

(Roger Cucho Lago, 2002) La construcción de muros pantallas en excavaciones

profundas, y todos los procesos constructivos que ello involucra,

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dependen exclusivamente de la eliminación de material, convirtiéndose en

cuello de botella para el avance de muros pantalla; si la excavación

profunda se realiza con faja inclinada, ésta se convierte en el personaje

central para el avance de la excavación.

(Ccori, 2003) El transporte de material puede tener pendientes de+/- 30%,

con mejor eficiencia que camiones y trenes. Las fajas pueden ser

instaladas en diferentes niveles, ser movibles y adecuarse a las

necesidades de operación. Puede cruzar carreteras, rampas, líneas de

tren y otras obstrucciones a través de puentes y soportes. Tienen alta

disponibilidad y el mantenimiento se reduce a costos mínimos. Ayuda a

mantener los costos de operación pese a la inflación y aumento en los

costos de combustible.

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2.2 Bases teóricas

2.2.1 Definición de faja transportadora

Una cinta transportadora o transportadora de banda es un sistema de

transporte continuo formado por una banda continua que se mueve entre

dos tambores. Por lo general, la banda es arrastrada por la fricción de

sus tambores, que a la vez este es accionado por su motor. Esta fricción

es la resultante de la aplicación de una tensión a la banda

transportadora, habitualmente mediante un mecanismo tensor por husillo

o tornillo tensor. El otro tambor suele girar libre, sin ningún tipo de

accionamiento, y su función es servir de retorno a la banda. La banda es

soportada por rodillos entre los dos tambores. Denominados rodillos de

soporte.

2.2.2 Identificación, descripción de los componentes de faja

transportadora

La siguiente figura muestra un esquema general de una cinta

transportadora. En él se pueden ver los distintos elementos que la

componen:

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Fig. 01. Esquema de un sistema de transporte por faja transportadora

La banda es uno de los elementos más importantes de toda la

instalación y se le puede considerar como el elemento principal, pues

tiene que ser capaz de cumplir las siguientes funciones.

Absorber las tensiones desarrolladas en el arranque.

Transportar la carga. Absorber la energía de impacto en el punto de

carga. Resistir a los efectos de temperatura y agentes químicos (calor,

aceite y la grasa que contiene los materiales, acidez, etc).

Cumplir con los requisitos de seguridad como la resistente al fuego.

2.2.3 Excavaciones:

Es la operación de cortar y remover cualquier clase de suelo

independiente de su naturaleza o de sus características físico-mecánicas,

dentro o fuera de los límites de construcción. Su ejecución incluye las

operaciones de nivelación y evacuación del material removido a su lugar

de disposición final.

La excavación se establece de cuatro maneras, siendo estas:

• Por su profundidad

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• Por su nivel de detalle

• Por tipo de material excavado

• Por su grado de humedad Excavación Masiva:

Consiste en realizar el movimiento de grandes cantidades de material, se

emplea maquinaria que supere la potencia de 80Hp, para este tipo de

excavación presenta el mayor rendimiento ya que, al momento de realizar

los cortes, únicamente se debe prestar especial cuidado al tallado de

taludes y la profundidad máxima de excavación. Debido a la potencia de

la maquinaria empleada los niveles de rendimiento de corte pueden

oscilar entre 110 y 125 metros cúbicos por hora, este rendimiento puede

ser menor o mayor dependiendo de factores tales como: distancia de

acarreo, pericia del operario de la maquinaria, el tipo de maquinaria y el

tamaño de la pala hidráulica de corte y la clase de suelo excavado.

Excavación Estructural:

Se establece como excavación estructural a la que se realiza para la

conformación de las fosas para la cimentación, en esta actividad la

cantidad de material movilizado es menor, ya que los rendimientos se

reducen en comparación a la excavación masiva a un rango entre 50 y 60

metros cúbicos por hora, a pesar que se emplean tanto maquinaria que

supera los 80 Hp de potencia como de menor, otro factor importante es

debido a que la capacidad de la pala hidráulica se puede reducir hasta

0,30 metros cúbicos La complejidad radica en que durante el proceso del

tallado de las fosas se debe respetar las longitudes establecidas de estas,

como también la profundidad con la que se debe contar.

Excavación en rampa:

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Consiste en retirar la rampa de salida de los camiones, este proceso se

realiza tomando en cuenta la altura del sótano y el tipo de maquinaria

disponible. A pesar que es la última excavación a realizar, se deberá de

planificar desde el inicio del proceso de excavación, ya que su

localización depende de elementos tales como: la profundidad,

maquinaria disponible y forma de acceso. Para llevar a cabo este tipo de

excavación, los rendimientos oscilan entre los 50 y 60 metros cúbicos por

hora, al igual que la excavación estructural, esto debido a lo ya

mencionado.

2.3 Bases conceptuales

2.3.1 Definición Conceptual

VI: Diseño de faja transportadora

La faja transportadora es un equipo que usa una lona sobre rodillos

impulsado por un sistema motriz soportado por una estructura reticulada

de acero donde los principales componentes son:

Sistema motriz

Sistema de transporte

Sistema de tensado

Soportes y anclajes para el montaje

VD: extraer 250 m3/hr de desmonte.

Consiste el retiro de material del suelo y subsuelo hasta el lugar de carga

de los camiones para su eliminación en un botadero.

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3 HIPÓTESIS

3.1 Hipótesis de investigación

3.1.1 Hipótesis general

Si es posible calcular la faja transportadora para extraer 250 m3/hr de

desmonte en la construcción de estacionamientos subterráneos el

parque Kenndedy -Miraflores

3.1.2 Hipótesis específicas:

- Si es posible Calcular el sistema motriz de la faja transportadora

- Si es posible Calcular el sistema de transporte de la faja

transportadora

- Si es posible Calcular el sistema de tensado de la faja transportadora

Si es posible Calcular los soportes y anclajes de la faja

transportadora.

3.2 Operacionalización de las variables

VI: Diseño de faja transportadora

Sistema motriz de la faja transportadora: Son los componentes motor

reductor necesario para accionar la faja transportadora

Sistema de transporte de la faja transportadora: es el componente

sobre el cual se deposita y transporta el desmonte.

Sistema de tensado de la faja transportadora: elementos que giran

sobre el cual se tiende y tiempla la faja transportadora

Soportes y anclajes de la faja transportadora: medio para sujetar y

anclar la faja transportadora.

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VD: extraer 250 m3/hr de desmonte

Consiste el retiro de material del suelo y subsuelo hasta el lugar de carga

de los camiones para su eliminación en un botadero

Tabla 4.1: Operacionalización de la variable dependiente

Variable Dependiente: extraer 250 m3/hr de desmonte

Definición conceptual Dimensión Indicador

Consiste el retiro de material del

suelo y subsuelo y trasladarlo

hasta el lugar de carga de los

camiones para su eliminación

en un botadero.

Flujo de

desmonte

extraído

250 m3/hr de desmonte extraído

Fuente: Elaboración propia

Tabla 4.2: Operacionalización de la variable independiente

Variable Independiente: Cálculo de Faja Transportadora

Definición conceptual Dimensión Actividades

Una cinta transportadora o

transportadora de banda es un

sistema de transporte continuo

formado por una banda continua que

se mueve entre dos tambores.

Arrastrada por la fricción de sus

tambores, que a la vez este es

accionado por su motor. Esta fricción

es la resultante de la aplicación de

Sistema motriz

Determinar Componentes y potencia

necesaria para accionar la faja

transportadora.

Sistema de

transporte

Determinar componentes, longitud,

ancho, espesor y material de la cinta

transportadora

Sistema de tensado Determinar Componentes y potencia

necesaria para tensar la faja

transportadora.

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una tensión a la banda

transportadora, habitualmente

mediante un mecanismo tensor por

Soportes y anclajes

para el montaje

Determinar Componentes para el

montaje en obra de la faja

transportadora.

Fuente: Elaboración propia

4 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

4.1 Método de investigación

Diseño de soluciones

4.2 Tipo de investigación

Se considera tipo de investigación tecnológico, porque se tiene finalidad

de buscar alternativas de solución para el diseño o mejoramiento de un

producto a partir del conocimiento científico.

4.3 Nivel de investigación

Se considera que investigación utilizada será la aplicada, por se enfoca

a resolver problemas prácticos.

4.4 Diseño de la investigación

4.5 Población y muestra o unidad de observación

Faja transportadora.

4.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Se utilizará la estructura de funciones, matriz morfológica, lista de

atributos, y seguir las recomendaciones del CEMA ().

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Realizaremos una lista de exigencias de acuerdo a lo solicitado por el

proyecto.

5 ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

5.1 Cronograma de actividades

Tabla 5.3: Cronograma de actividades

Actividades Enero Febrero Febrero Febrero A

Definir el tema de investigacion

Informe Plan de tesis

Operacionalización de la investigación.Recoleccion de datosModelo de observaciones.1er informe de avanceRealizacion de los planes de mantenimientoRevision de los planes de mantenimiento2do informe de avanceRedacción de borrador de tesisNormas APAPresentaciones.

Presustentación

Informe de aprobaciónLos informes son presentados por el asesor al decano.

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5.2 Presupuesto y financiamiento

Tabla 5.2: Presupuesto de gastos

Item Descripción Precio unitario Precio total

01 Bienes:

Compra de libros especializados

Material de impresión

Fotocopias

1000.00

200.00

100.00

1300.00

02 Servicios:

Internet

Asesoria en Simulación

SOLIDWORKS Y SAP 2000

500.00

1500.00

2000.00

TOTAL GENERAL 3300.00

5.3 Materiales y equipos a utilizar

Los materiales que se utilizaran en la elaboración de la investigación

son: manuales de máquinas productoras de hielo, libros de consulta,

computadora e internet.

6 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

CÁLCULO DEFAJA TRANSPORTADORA

Características del material a extraer

(densidad, granulometría,ángulo

de reposo)

extraer 250 m3/hr de desmonte.

VariableIndependiente

VariableDependiente

Requerimientos de obra (geometría del

terreno y consideraciones de

montaje)

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Ccori, M. C. (2003). TRANSPORTE DE MINERAL POR MEDIO DE FAJAS

TRANSPORTADORAS. Ciencia y Desarrollo, 1,2.

Rafael Castro Melarín. (2000). FAJAS TRANSPORTADORAS: UNA

SOLUCIÓN. Maquinas y equipos de graña y montero gym, 43,44,45.

Roger Cucho Lago. (2002). CONTROL ESTADISTICO DEL PROCESO DE

EXCAVACIONES PROFUNDAS CON FAJA INCLINADA. paper graña y

montero GYM, 1.

Manual del CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association).

7 ANEXOS

Anexo: Caja negra y caja blanca de la investigación.

Figura 7.1 Caja Negra

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Figura 7.2 Caja blanca

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Anexo: matriz de consistencia

Autor: Ronald Medina Rojas

Título: Diseño De Faja Transportadora Para Extraer Desmonte En La Construcción De Estacionamientos Subterráneos El Parque Kenndedy-Miraflores

Planteamiento del problema Marco teórico Metodología

Formulación del problema Antecedentes Tipo:

¿Cómo calcular la faja transportadora para

extraer 250 m3/hr de desmonte en la

excavación para construir estacionamientos

subterráneos del parque Kennedy?

Tecnológica

Nivel:

Aplicada

Objetivo general Método y diseño

Cómo calcular la faja transportadora para

extraer 250 m3/hr de desmonte en la

excavación para construir estacionamientos

subterráneos del parque Kennedy

Diseño de soluciones

Objetivos Específicos

- Calcular el sistema motriz de la faja

transportadora Teoría básica

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-Calcular el sistema de transporte de la faja

transportadora

-Calcular el sistema de tensado de la faja

transportadora

Metodología del Diseño de Máquinas Variables

Definición conceptualVI: Cálculo de Faja Transportadora

VD: extraer 250 m3/hr de desmonte

VI: Cálculo de Faja TransportadoraPoblación:

Hipótesis general

Si es posible calcular la faja transportadora para

extraer 250 m3/hr de desmonte en la

construcción de estacionamientos subterráneos

el parque Kenndedy -Miraflores

Muestra: faja transportadora

VD: extraer 250 m3/hr de desmonte Técnicas e instrumentos:

Hipótesis específicas Lista de exigencias.

- Si es posible Calcular el sistema motriz

de la faja transportadora

- Si es posible Calcular el sistema de

transporte de la faja transportadora

- Si es posible Calcular el sistema de

tensado de la faja transportadora

Definición operacional Técnicas de procesamiento de datos:

. La adecuada configuración se realizará utilizando

la matriz morfológica.

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• Si es posible Calcular los soportes y

anclajes de la faja transportadora.Procedimientos de la investigación:

1.- Comprensión de la solución.

2.- Concepción de la solución.

3.- Elaboración del proyecto.

4.- Elaboración de detalles.