DISEÑO DE SOPORTE DE TECHO EN U.S.A. Panek (1956 (a,b,c),1957, 1962 (a,b),1964) investigó diseño de pernos y mecanismos en os !stados "nidos por #n periodo de oc$o años% !ste est#dio &#e res#mido por 'bert y #va en 1967% 'bert y #va ep#sieron as venta*as de pernos en e tec$o como sig#e+ 1% ! costo costo de pernos pernos para e tec$o tec$o es compara comparabe be con e costo costo de soporte soporte de madera% madera% omo siempre, os pernos de roca son m-s permanentes, por consig#iente os costos de mantenimiento son red#cidos% 2% .os perno pernoss de tec$o est-n est-n s#*etos s#*etos a menor menor daño prod#c prod#cido ido por a voad# voad#ra ra # otra operación minera /#e e sostenimiento de madera o meta, os pernos p#eden ser instaados cerca a a s#per&icie de traba*o% 0ientras /#e os soportes de madera #s#amente inter&ieren con e acarreo s#bterr-neo y e movimiento de ma/#inaria, os pernos para tec$o no o $acen% % !n grandes grandes abert#r abert#ras as o en instaa instaacio ciones nes ind#str ind#stria iaes, es, e soporte soporte de madera madera no es #s#amente pr-ctico y e costo de &orros o aceros (cimbras) o arcos p#eden egar a ser pro$ib pro$ibit itiva ivamen mente te costos costosos% os% !n este este tipo tipo de operac operacion iones es o ecavac ecavacion iones es os pernos para tec$o p#eden abastecer de rec#rsos e&ectivos de re&#ero de a s#per&icie de a roca aminada y con discontin#idades, o &ormaciones &ract#radas% ! $ec$o $ec$o /#e e empern empernado ado de tec$o es reati reativam vament entee permanen permanente te y re/#ie re/#iere re #n m3nimo de mantenimiento, $ace este procedimiento s#mamente conveniente para todas as instaaciones diseñadas para #n argo tiempo de vida% 'bert y #va consideraron c#atro tipos de re&oramiento s#spensión, e&ecto &ricción, &ricción y s#spensión combinadas, y carg#3o de peso m#erto% onsiderando e mecanismo de s#spensión, cinco di&erentes tipos son considerados, &ig% 2%15+ -mina de #n c#erpo de roca m#y gr#eso sin soporte &#ndamenta a misma -mina sostenida en os &ios dos componentes de modeo de tec$o, donde e orden de as vigas es ta ta /#e e rango de carga carga por #nidad de ongit#d para a rigide &e#ra de os pocos miembros es mas grande /#e para os componentes s#periores e mismo modeo con rango reverso y nmero de vigas de di&erente espesor%
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Figura 2.15. ec$o sostenido por pernos
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Figura 2.15. ec$o sostenido por pernos
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i a -mina est- competamente s#spendida por pernos, &ig#ra 2%15 (a), a carga por perno 8b esta dada por+
.a -mina sostenida en os &ios, &ig#ra 2%15 (b), (b), y #n nmero s#&iciente s#&iciente de pernos son instaados y a*#stados para /#e sobre s# s#per&icie entera, a -mina es soo evada en contacto con a capa s#pra yacente de roca, a carga por perno 8b esta dada por+
!sta es a misma para e caso c#ando c#and o os etremos de a viga est-n sin soporte%
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El esfuerzo e ua !arga !e"rifuga 'bert y #va res#mieron varios &actores /#e a&ectaban e modeo de es&#ero en #na carga centri&#ga% !stos &actores son+ , e &actor de carga centri&#ga :, #nidad de peso de modeo de materia, ., e caro t, e espesor de a amina b, espaciamiento entre &ias de pernos ;, e nmero de pernos por &ia
! es&#ero m-imo de de&ormación en #na viga &i*a oc#rre en #n etremo &i*o y esta dado por+
'bert y #va consideraron dos vigas &i*as de mismo materia, e primero comp#esto de #n componente simpe de espesor t y e seg#ndo comp#esto por c#atro aminas de espesor t >4 (
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El #$%i#o esfuerzo &e &efor#a!i' e u #o&elo si (eros ! m-imo es&#ero de de&ormación en #n modeo espec3&ico sin empernar en a parte s#perior esta dado tambi?n en a ec#ación 2%49, pero esta designada por =n&s (donde n&s designa a no &ricción o s#spensión)% i =& es e m-imo es&#ero en e modeo empernado, entonces e descenso en e es&#ero de empernado esta dado por @=& es+
onde & indica /#e eiste &ricción%
esde #n an-isis regresiona de datos de os ensayos modeos (desp#?s Panek), =n&s y =& como #na &#nción de os prod#ctos adimensionaes en a ec#ación 2%51 &#eron determinadas% !sta reación, epresada como a proporción de @=& > =n&s, es+
onde A es e coe&iciente de &ricción entre os panos de&ormados% ! &actor de re&oramiento B< debido a os e&ectos de a &ricción esta de&inido como+
De"er#ia!i' &el gra&o &e Reforza#ie"o .as ec#aciones 2%5C y 2%51 sirven como diseño de ec#aciones para determinar e grado de re&#ero prod#cido por tensión de os pernos en as -minas de ig#a espesor en c#a/#ier modeo o estr#ct#ra de prototipo%
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!stas ec#aciones no contienen ning#na cantidad reacionada a es&#ero de as -minas de materia, estas no p#eden ser #sadas como determinar e es&#ero de c#a/#ier modeo o prototipo de tec$o% i @=& >=n&s en a ec#ación 2%51 es s#bstit#ida en a ec#ación 2%52, e &actor de re&#ero p#ede ser epresado en t?rminos de os par-metros de modeo o prototipo% !sta epresión es presentada gr-&icamente en a &ig#ra 2%17 a c#a es as#mida para todas as -minas /#e tengan as mismas #nidades de peso, as3, si+
! &actor de re&oramiento B< es 1%9 como indica en a sig#iente gra&ica a o argo de abcdefg %
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De"er#ia!i' &e es"a)ili&a& &e la !a(a i#e&ia"a Para prevenir as &aas de tec$o inmediato entre pernos, a tensión entre os pernos para a capa inmediata p#ede ser cac#ada para as#mir /#e os pernos crean #na viga &irme entre eos% i a &#era de tensión entre pernos ecede es&#ero de tensión de materia, entonces a distancia entre os pernos p#ede ser red#cida o #n sistema de acance a?reo p#ede ser #sado% .a &#era de tensión p#ede ser cac#ada desde+
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!sta aproimación p#ede ser #sada para ambos, a s#spensión y e mecanismo de constr#cción de vigas% "n diagrama de &#*o para determinar a estabiidad entre os pernos esta dada en a &ig#ra 4%4% .a parte s#perior derec$a de esta gra&ica representa os par-metros &i*os+ e espesor y a densidad de a capa% .a parte s#perior i/#ierda representa os par-metros controabes de distancia entre os pernos% .a parte in&erior i/#ierda indica a estabiidad de a capa entre os pernos *#ntos con &actor de seg#ridad%
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"n e*empo esta dado en esta &ig#ra para #na capa con espesor de C%25m, densidad de 25CCg>mD y #na &#era de tensión de 2%C 0Pa% omo se p#ede ver para #n &actor de seg#ridad de 2%C, mientras a distancia entre pernos es 4%Cm, a capa p#ede ser estabe, si esta distancia es 5%Cm a capa p#ede &aar% imiarmente, para #n &actor de seg#ridad de 4%C, a capa p#ede &aar para ambas distancias, y soo %Cm de distancia entre os pernos p#ede proveer a estabiidad% !n #n est#dio simiar, Eerget, 19FF, recomendó #n &actor de seg#ridad de 4%C a F%C para c#brir de&ectos geoógicos imprevistos en e tec$o%
A$lisis &e Es"a)ili&a& Es"ru!"ural G#n/#e a estabiidad de #na ecavación s#bterr-nea cercana a a s#per&icie es en genera controada estr#ct#ramente, especiamente en condiciones de roca d#ra, e an-isis de tensión p#ede *#gar a#n #na parte importante en a contrib#ción de a estabiidad de #na abert#ra% Honas arededor de a ecavación, s#*etas a &#gas de tensiones o es&#eros a o argo s#per&icies discontin#as de ba*os es&#eros, e inestabiidad de tensiones ind#cidas de bo/#es de roca son de mayor importancia en e diseño y deben ser consideradas%
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onsiderando os c#atro e*empos de macios rocosos discontin#os, para cada tipo de macio rocoso, a estabiidad estr#ct#ra de #na ecavación p#ede ser imp#esta para #n #so de os sig#ientes tres aproimaciones+
Gn-isis de estabiidad de bo/#es de roca imitados%
.os conceptos de vigas o panc$as para estratos de roca%
! concepto de arco de roca%
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Figura 1* Reforza#ie"o &e ua !u+a &e ro!a li)re (ara !aer )a,o su (ro(io (eso
Figura 1- Reforza#ie"o &e ua !u+a &e ro!a li)re (ara !aer )a,o su (ro(io (eso
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enemos+
onde+ ; I n#mero de pernos 8I peso de a c#ña inc#yendo e peso de c#a/#ier roca /#e es soportada por a c#ña, (densidad de a roca aproimadamente 2%7 t>mD) J I &actor de seg#ridad, este es &rec#entemente se enc#entra entre 1%5KJL% ! vaor de J depende de daño res#tado de desiamiento de a c#ña, adem-s ya sea re&oramiento tempora o permanente es considerado% M I incinación de a s#per&icie de desiamiento N I -ng#o de &ricción de a s#per&icie de desiamiento I <#era de co$esión de a s#per&icie de desiamiento G I -rea base de a s#per&icie de desiamiento O I capacidad de carga de perno I -ng#o entre a ona de inserción de perno y a norma de a s#per&icie de desiamiento% Qaores t3picos de -ng#o de &ricción, R para ag#nos tipos de roca com#nes son istados en a taba 1% ! vaor de a &#era de co$esión p#ede variar considerabemente% ! vaor depende de os tipos de reenos de as discontin#idades y e contenido de ag#a% "n vaor t3pico de c para #na discontin#idad reenada de arcia en #n ampio rango de rocas es menor /#e 1% .a contrib#ción desde a &#era de co$esión es &rec#entemente desc#idada, /#e es, e vaor de c es estabecido ig#a a cero% ero de &#era de co$esión e&ectivamente impica #n ato &actor de seg#ridad en e diseño &ina de sistema de re&oramiento% !n 3neas generaes a estimación de a capacidad de carga de #n perno en #n -ng#o partic#ar para a s#per&icie de desiamiento%
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Figura 2 reforza#ie"o &e ua !a(a ies"a)le &e ua es"ra"ifi!a!i' /orizo"al !u)ier"a (or ro!a soli&a
enemos+
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onde+ 8 I peso de a roca a ser soportada por #n simpe perno J I &actor de seg#ridad, este es &rec#entemente se enc#entra entre 1%5KJL% ! vaor de J depende de daño res#tado de desiamiento de a c#ña, adem-s ya sea re&oramiento tempora o permanente es considerado% I espacio entre pernos, perpendic#ar a e*e de a ecavación I espaciamiento entre pernos a o argo dea ecavación $ I espesor de a capa inestabe de roca S I densidad de a roca, apro% 2%5 t>mD%
Figura 21 reforza#ie"o &e u "e!/o &e es"ra"ifi!a!i' /orizo"al e ro!a &0)il (ara for#ar igas o (la!/as
1% !stimar e espesor promedio, e de as capas individ#aes de roca% !scoger #na ongit#d de perno /#e permita /#e e perno ance en #na capa de espesor s#&iciente y &#erte para #n b#en anca*e de perno% 2% !n os p#To#t tests, e nive correcto de tensión es determinado, (a tensión apicada para os pernos p#ede ser aproimadamente C%6 a &#era de tensión de perno)%
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% ! nmero de pernos por serie o *#ego (en cada &ia), perpendic#ar a e*e de a ecavación es estimado% i as discontin#idades est-n presentes entre e sistema de pernos, (discontin#idades /#e son probabemente a ca#sa de as &aa de rocas), a distancia, s entre pernos p#ede ser a*#stada en con&ormidad, ( s K e)% 4% ! espaciamiento c entre series de pernos a o argo de e*e de a ecavación es seeccionado% ;ormamente, e espaciamiento c es de mismo orden de magnit#des como a distancia s entre pernos% 5% U6% Para #sar a in&ormación de arriba *#nto con e caro (span) de a ecavación en a gra&ica, es posibe determinar e &actor de re&oramiento (/#e no debe ser menor de 2)% ! &actor de re&oramiento es #na medida de a dismin#ción de porcenta*e en e pandeo de tec$o, /#e es obtenido por e empernado% "n &actor de 2 corresponde a a red#cción en e pandeo por medio, comparado con #n tec$o sin soporte%
Figura 22 reforza#ie"o &e u "e!/o &e es"ra"ifi!a!i' /orizo"al e ro!a &0)il. Des(u0s &e (ae31-46
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Por e*empo, as#miendo #na ecavación con #n caro (span) a de 5 metros (16 pies), #n espesor promedio e de C%CFmetros ( p#gadas), espesor de estrato empernado, ongit#d de perno 1%2 metros (4 pies), y tensión de perno de 4%5 toneadas (1CCCC ibras), a constr#cción a-b-c-d-e-f-g en e c#adro de arriba m#estra /#e e espaciamiento entre pernos aproimado ( s I 1%7 metros o 5% pies) a trav?s de a ecavación ( 2 pernos por serie, de ig#a espaciamiento) y C%5 metros (1%5 pies) separado a o argo de a ecavación (espaciamiento de *#egos de pernos c) p#ede res#tar en #n 67V de dismin#ción en a tensión m-ima de de&ormación o bandeo, /#e corresponde a #n &actor de re&oramiento de % 16
El !o!e("o &e ar!o &e ro!a i #na ecavación con #n tec$o c#rvo es $ec$a en #n macio rocoso con discontin#idades (mosaico de roca) #n arco nat#ra es &ormado a ag#na pro&#ndidad dentro de a roca, sobre a at#ra m-ima de a ecavación, ver &ig#ra 2% .a &ormación de arco es #n res#tado de a redistrib#ción de es&#eros en a roca como a medida /#e a ecavación es &ormada% .a roca en e arco es s#*etada primeramente por es&#eros compresivos% .a distancia entre e tec$o y e m-s ba*o 3mite de arco nat#ra depende de tipo de terreno en /#e se $ace a ecavación y e caro (span) de a ecavación% !ste &enómeno es amado Wel concepto del desarrollo del arco natural”.
Figura 27. ! concepto de arco nat#ra, a/#e /#e desarroa e tec$o c#rvo de #na ecavación s#bterr-nea en #na roca moderadamente discontin#a% .a “zona floja” de roca ba*o e arco nat#ra $a sido re&orada por pernos ancados sin tensionar en e arco nat#ra%
Para mantener a estabiidad de arco nat#ra, a “zona floja” ba*o e arco as3 como as paredes de a ecavación deben ser estabiiadas% !sto p#ede ser reaiado por re&#ero de roca con pernos tensionados o no% .os pernos sin tensionar, donde/#iera, /#e sean #sados, deben ser ancados en a roca de arco nat#ra, ver &ig#ra 2% .a ocación de imite in&erior de arco nat#ra y por consig#iente a estimación de a ongit#d de os pernos es #n probema% ! Xnstit#to ;or#ego de ?cnicas de Qoad#ra de Boca (X<<) a$ prop#esto #na &orm#a para estimar a ongit#d de os pernos en a sección centra de a ecavación, a &orm#a p#ede ser escrita en a &orma+
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onde a es e caro (span) de a abert#ra medida en metros%
Figura 28 e concepto de arco nat#ra, desarroado sobre e tec$o c#rvado de #na ecavación s#bterr-nea en roca &#ertemente &ract#rada% .a “zona suelta” de roca ba*o e arco nat#ra $a sido re&orado por pernos tensionados% !sto crea #n arco arti&icia cerca a tec$o de a abert#ra% ;otar /#e a roca s#eta entre os pernos cerca a tec$o de a abert#ra% !sta roca debe ser soportada por maa o s$otcrete%
! espaciamiento entre os pernos es determinado por a densidad de as discontin#idades% .os pernos no tensionados son pre&eribes en roca moderadamente &ract#rada, donde e imite in&erior de arco nat#ra esta mas cerca a tec$o de a abert#ra /#e e caso en rocas &#ertemente &ract#radas% .os pernos tensionados, ancados y #sados para re&orar a “zona floja” ba*o e arco nat#ra, &orma #n arco arti&icia cerca a tec$o de a abert#ra, ver &ig#ra 24% !sto es de partic#ar inter?s en estr#ct#ras rocosas de menos componentes, donde e 3mite in&erior de arco nat#ra es m-s e*ano a tec$o de a ecavación% !ste concepto es en contraste para e #so de pernos no tensionados ancados en e arco nat#ra% !n #n arco re&orado, #na ecavación es imitado por #na ona ba*o compresión con ata tensión tangencia > circ#n&erencia% .os pernos son #sados para incrementar a resistencia a corte de as discontin#idades y e es&#ero o tensión norma a trav?s de as discontin#idades% G partir de os res#tados de as pr#ebas eperimentaes, se $a encontrado /#e a proporción L /s de a ongit#d de os pernos, L, con e espaciamiento entre pernos, s, p#ede ser cercano a 2% ! espaciamiento entre os pernos s depende de #n espaciamiento t3pico de discontin#idades e% a inec#ación s K e p#ede ser #sada como #n 3mite para e
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espaciamiento de pernos s% G/#3, e es e espaciamiento de as discontin#idades% .a tensión T, en e perno p#ede tender entre os 3mites de+
onde+ I tensión apicada a perno O I capacidad de carga de perno ! concepto de re&#ero a #na ecavación de tec$o c#rvo, para &ormar #n arco estr#ct#ramente competente, es &#ndamenta para diseñar e re&#ero de a roca% !s #sado en m#c$os m?todos emp3ricos de diseño%
.a ongit#d de os pernos debe ser s#&iciente para ancar dentro de este macio rocoso competente% "na estimación de a ongit#d de pernos re/#erido esta dado por+
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onde Y es e caro de a ecavación en metros y . a ongit#d de perno re/#erido% !sta t?cnica, y e #so de pernos no tensionados, es generamente mas apicabe para estr#ct#ras de macios rocosos competentes y moderadamente &ract#radas, /#e res#ta en e imite in&erior de arco nat#ra estando cerca a imite de a ecavación% onde os imites de inestabiidad de macio rocoso p#ede ser de&inido, y estar sin #na pro&#ndidad practica desde os imites de a ecavación, #ego e sistema de empernado es diseñado sobre bases de s#spensión o contención% !sto p#ede ser posibe donde #n $orionte m-s competente oc#rre inmediatamente sobre e estrato inestabe (&ig#ra2T) Oa*o estas condiciones a ongit#d de #n perno debe ser s#&iciente para ancar m-s a- de 3mite de inestabiidad de macio rocoso% ! espaciamiento de os pernos esta basado sobre a capacidad de carga de #n perno en reación a -rea trib#taria de carga de macio rocoso% !n a &ig#ra 2T e -rea trib#taria de carga esta dada por a densidad de macio rocoso y de vo#men inestabe de -rea trib#taria (s c $)%
entro de #na moderadamente &ract#rada, estr#ct#ra de macio rocoso discontin#a, a estabiiación de a ecavación p#ede ser basada sobre #n an-isis simiar%
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.a creación de #na ecavación res#ta en a &ormación de #na ona inestabe en e tec$o inmediato, sobre e c#a #n arco nat#ra es &ormado donde a condición de carga de macio rocoso es principamente compresiva (&ig#ra 2T4)% .a etensión de a ona inestabe p#ede ser #na &#nción de a estr#ct#ra de a masa rocosa, ambiente de carga, caro de a ecavación y estabiidad de as paredes% .a apicación de soportes no tensionados sin este ambiente es para &i*ar a masa rocosa inestabe $acia e arco nat#ra competente%
.a ongit#d de os pernos de roca debe ser s#&iciente para ancar dentro de a masa rocosa competente% "na estimación de a ongit#d de os pernos re/#erida esta dada por+
onde Y es e caro de a ecavación (metros) y . a ongit#d de perno re/#erida% !sta t?cnica, y e #so de pernos cementados no tensionados, es generamente mas apicada a estr#ct#ras de masas rocosas competentes o moderadamente &ract#radas, /#e res#ta en e 3mite in&erior de arco nat#ra estando cerca a 3mite de a ecavación%
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! espaciamiento de os pernos de roca esta principamente basado sobre e -rea trib#taria de carga en reación a a capacidad de carga de perno de roca ba*o #nas condiciones de carga de&inidas% Gs3, ba*o carga gravitaciona, a capacidad m3nima re/#erida de os pernos de roca, o e espaciamiento m-imo de #nidades de soporte de&inidas, p#ede ser dada por+
onde 8 es a carga sobre e perno y as3 mismo a capacidad m3nima, Z es a densidad de macio rocoso, g es a gravedad, y s, c y $ (ver &ig#ra 2T) son as dimensiones de -rea trib#taria de vo#men de macio rocoso a ser soportado por #n perno de roca% .a m3nima energ3a de absorción re/#erida, por #nidad de -rea de pared de roca, p#ede estar en &#nción de a energ3a cin?tica de vo#men inestabe de macio rocoso y, en e tec$o, a energ3a gravitaciona constante de macio rocoso% !ste esta de&inido por e tec$o y pared de a ecavación por+
onde+ ! I absorción de energ3a re/#erida de sistema de pernos de roca por #nidad de -rea, m I masa de roca ep#sada basada sobre a pro&#ndidad de a masa rocosa inestabe de&inida, v I veocidad pico de terreno, anticipada, $ I capacidad prod#cida de sistema de soporte en #n p#nto de tiempo dado, g I gravedad% entro de ambientes de es&#eros atos, y ambientes partic#armente mineros, donde e estado de tensión o es&#ero p#ede cambiar sobre a vida de a ecavación, consideración debe tambi?n ser dada para a de&ormación progresiva de macio rocoso% !sto p#ede determinar a capacidad de prod#cción &atante de as #nidades de pernos en #n tiempo dado de vida de a ecavación, y as3 a capacidad de absorción de energ3a de #n sistema de soporte% !n ambientes de tensión o es&#eros atos, donde &ract#ras signi&icantes de macio rocoso p#eden oc#rrir, o ba*o condiciones ba*as de es&#eros pero sin m#c$as estr#ct#ras de
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macio rocoso atamente discontin#as, a gravedad de a inestabiidad p#ede eceder a gravedad pr-ctica de anca*e de #n perno de roca% Oa*o estas condiciones de estabiidad de a ecavación p#ede ser ograda por a creación de vigas re&oradas (&ig#ra 2T5) o arco (&ig#ra 2T6) estr#ct#ras sin masa rocosa discontin#a%
.as bases de diseño de #n sistema de perno de roca es e #so de pernos de roca tensionados para incrementar a &ricción entre panc$as o bo/#es sin arco de&inido% !sto p#ede res#tar en #n reace de a resistencia de macio rocoso para corte y de&ormación% ! diseño de #n sistema de perno de roca ba*o estas condiciones es principamente basado en regas emp3ricas y normas, /#e p#eden ser adaptadas dentro de as gra&icas de diseño por condiciones geot?cnicas espec3&icas% ;ormas para e diseño de #n sistema de pernos de roca para crear #na estr#ct#ra re&orada dentro de #n macio rocoso estrati&icado (&ig#ra 2T5) (.ang y Oisc$o&&, 19F2), basados en e incremento de a resistencia a corte entre capas dentro de macio rocoso, son+
onde+ P I per3metro de corte de roca re&orada (4 s)
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N I -ng#o de &ricción interna para e macio rocoso k I proporción de daño de es&#ero $orionta y daño de es&#ero vertica B I radio de corte de a roca re&orada (G>P I s>4) 8 I caro de a ecavación G I -rea de tec$o sostenida por #n perno (s s) . I ongit#d de perno I espaciamiento de perno I co$esión aparente de macio rocoso I at#ra de a ona sin es&#eros G I &actor dependiente de tiempo de a instaación de pernos : I peso de a roca ;otas+ 1% i a roca re&orada es instaada previa a s#ceso de #n de&ormación signi&icante, entonces esto es considerado para tener #na contrib#ción activa para a estabiidad de a ecavación (aIC%5) 2% i re&#ero pasivo es as#mido, aI1%C % .a co$esión p#ede ser tomada como cero para #n diseño inicia%
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;ormas para e diseño de sistema de soporte en orden para crear #n arco de macio rocoso re&orado dentro de #na roca atamente &ract#rada ($ig$y *ointed) (&ig#ra 2T6) son+
! diseños simpe de regas basados en #na eva#acion de casos est#diados /#e &#eron desarroados por a " orp o& !ngineers% !stas regas $an encontrado Yidespread apicaciones, partic#armente como #na estimacion inicia de re/#erimientos de soporte, y son apicados como e &#ndamento de espaciamiento de pernos de roca en e diseño de sistemas de soporte de pernos de roca dentro de m#c$as minas de s#da&rica% "n res#men de as recomendaciones es indicado en a taba 2T1% 'tro diseño de regas para pernos de roca dentro de estr#ct#ras de masa rocosa &isr#adas, con condiciones de *#ntas apretadas, &#e p#esto por
Co"ri)u!ioes E#(9ri!as res sistemas de contrib#ciones emp3ricas para re&oramiento de roca son presentadas+ 1% iseños emp3ricos recomendados de ac#erdo a a " orps o& !ngineers% 2% ontrib#ciones OX!;XG8X
emp3ricas
basadas
en
a
casi&icación
% ontrib#ciones emp3ricas basadas en e sistema [ de OGB';%
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geomec-nica
de
aba 5+ recomendaciones para diseños emp3ricos t3picos ;ota+ 1% onde e espaciamiento de discontin#idades es cercano y e caro (span) reativamente argo, a s#perposición de dos modeos de re&oramiento p#ede ser apropiado (e*empo+ eementos pesados y grandes sobre ampios centros de soporte
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para soportar e caro o span, y pernos cortos, igeros sobre centros cercanos para estabiiar a s#per&icie)% 2% !spacios mayores a 2%Cm originan ad$esión de os eementos de soporte de a s#per&icie (maa eectro sodada o esabonada)% % Gs#mir eementos de comportamiento dcti% 4% !ste re&oramiento p#ede ser instaado previo a a primera abert#ra ecavada para &ormar intersección% .as concentraciones de es&#eros son generamente atas en as intersecciones y os bo/#es de roca son ibes de moverse $ace ambas abert#ras% .as regas de #n diseño simpe son basadas en #na eva#ación de casos de est#dios desarroados por a " orps o& !ngineers% !stas regas $an encontrado #na m#y di&#ndida apicación, partic#armente como #na estimación inicia de re/#erimientos de soporte, y son apicados como a base para espaciamiento de pernos de roca en e diseño de sistemas de soporte de pernos dentro de m#c$as minas de #d-&rica% "n res#men de as recomendaciones esta indicado en a taba 2T1% 'tras regas de diseño para pernos de roca dentro de estr#ct#ras de masa rocosa discontin#a, con discontin#idades cerradas, &#eron p#estos en practica primero por
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Es"i#a!i' &e la (resi' &e sos"ei#ie"o: .a carga para e sostenimiento p#ede ser determinada de B0B prop#esto por "na (19F)
onde+ P+ carga para e sostenimiento, ; O+ anc$o de tne, m \+ peso especi&ico de a roca, g> m ]oe y ^et$Ya (1991) $an eva#ado a ec#ación (4%5) para apicación en t#nees en roca con tec$o ovaado o ar/#eado comparando as presiones medidas de sostenimiento con estimación de a ec#ación (4%5)% .a comparación dem#estra /#e a ec#ación (4%5) no es apicabe a os tnees en roca% !ncontraron /#e as presiones estimadas de sostenimiento eran inseg#ras para todos os tamaños de tnees s#bterr-neos% Gdem-s, a estimación en condiciones s#bterr-neas eran inseg#ros para pe/#eños tnees (di-metro $asta 6m) y seg#ro para tnees grandes (di-metro _ 9m) /#e impica /#e e e&ecto de tamaño es p#nt#a para as ecavaciones ovaadas o ar/#eadas% esta observación es ógica p#esto /#e os momentos de &eión en e tec$o pano a#mentaron geom?tricamente con a abert#ra etensa de #n tec$o ovaado o ar/#eado% Posteriormente, #sar presiones de sostenimiento con vaores medidas a partir de C instr#mentos de tnees de a india, ]oe y ^et$Ya (1991) $an prop#esto a ec#ación (4%6) para estimar a presión a corto pao de sostenimiento para as ecavaciones s#bterr-neas en condiciones de roca tensionadas y no tensionadas , en e caso de t#neer3a por m?todos de voad#ra convenciona #tiiar sostenimiento como arcos de acero ( pero no en condiciones de eposión de rocas)%
30
onde+ OI medida de a ecavación en metros% EI sobrecarga o pro&#ndidad de tne en metros ( 5C ` 6CC metros)% PvI presión a corto pao de sostenimiento de tec$o en 0pa y B0BI vaor de a masa rocosa posterior a a ecavación momentos antes de sostenimientos% OieniaYski (19F4) proporcionó as pa#tas para a seección de sostenimiento de #n tne (c#adro 4%11)% !ste es apicabe a m?todos de ecavación de tnees con per&oración y voad#ra convenciona% !stas pa#tas dependen de &actores como pro&#ndidad deba*o de s#per&icie (tomar e c#idado de a presión de sobrecarga o a tensión in sit#), tamaño de tne y &orma y m?todo de ecavación% .as medidas de sostenimiento en e c#adro 4%11 son a permanente y no temporaes o primarias
31
5.5 Clasifi!a!i' &e la #asa ro!osa. .a caidad [ de a masa de a roca es #n 3ndice m#y sensibe y s# vaor es a partir de C%CC1 y 1CCC% ! #so de sistema [ se recomienda espec3&icamente para os tnees y as cavernas con tec$o ar/#eado% !n base de vaor de [, as masas de a roca se $an casi&icado en n#eve categor3as (c#adro 5%9) en caso de /#e a caidad de a masa de a roca var3e a partir de [ m3nimo a [ m-imo, e promedio de a
32
caidad de a masa rocosa ([ m-imo [ m3nimo) 1 >2 p#ede ser as#mido en e cac#o de diseño%
5.4 Es"i#a!i' &e la (resi' &e sos"ei#ie"o. .as caidades traadas de sostenimiento de 2CC ecavaciones s#bterr-neas contra a caidad de a masa rocosa ([), segn as indicaciones de &ig% 5%2% encontraron a correación emp3rica sig#iente para a tima presión de sostenimiento%
onde+ PvI #tima presión de sostenimiento de tec$o en 0pa% P$I #tima presión de sostenimiento de os $astiaes en 0pa y, [YI&actor de $astiaes%
33
P#ede ser observado /#e as *#ntas diatantes o e vaor de ^B *#egan #n pape dominante en a estabiidad de ecavaciones s#bterr-neos% por o tanto, as capacidades de a ay#da p#eden ser independiente de tamaño de a ecavación, di&erente a o creido por terag$y% ! &actor de $astiaes ([Y) es obtenido desp#?s de m#tipicase [ por #n &actor /#e depende de a magnit#d de [ segn o dado aba*o% Bango de [
&actor de $astiaes [Y
_1C
5%C [
C%1 a 1C
2%5 [
L1C
1%C [
34
Oarton et a (1974) s#gerio /#e si e n#mero de sistemas de *#ntas es menos de tres, as ec#aciones (5%2) y (5%) se epresan como ec#aciones (5%4 a) y (5%4 b), respectivamente%
Pensaron /#e a presión de soporte a corto pao se p#ede obtener desp#?s /#e se s#bstit#ye 5[ en #gar de [ en a ec#ación (5%2)% Gs3, a tima presión de soporte se obtiene como 1%7 veces a presión soporte a corto pao% Oas$in y ]rimstand (1996) s#girieron a correación sig#iente para predecir a presión de soporte en tnees a trav?s de masas rocosas pobres (decir [ L 4)%
(5%5) onde O es e di-metro o espacio de tne en metros% .a ec#ación (5%5) dem#estra /#e a presión de soporte a#menta con e tamaño O de tne en masas rocosas pobres%
5.4.2 Correla!i' &e Sig/ ; o"ros 31--26 P#ede ser mencionado /#e [ se re&iere en as correaciones antedic$as es reamente a caidad de post ecavación para #n macio rocoso, por/#e, en tnees a geoog3a de a masa rocosa se est#dia generamente desp#?s de a voad#ra y en e terreno a decisión es aceptar #na densidad de soporte%
5.4.2.1 Presi' &e so(or"e a !or"o (lazo Qertica o presión de soporte de tec$o+ a presión de soporte en e tec$o observada se reaciona con a caidad de masa rocosa a corto pao 3
35
onde [i I 5[ I caidad de a masa de a roca a corto pao pronto desp#?s de a ecavación s#bterr-nea, Pv I presión de soporte en e tec$o a corto pao en 0Pa, J I &actor de corrección para e overb#rden (sobrecarga) (&ig% 5%), J I &actor de corrección para cierre de tne (taba 5%1C) obtenido de &ig% 5%4 para apretada condición de tierra (E_5C [1> y ^r>^a L 1>2), J I &actor de corrección por e tiempo desp#?s de a ecavación (ec#ación (5%F)) y erección de a ay#da y E I overb#rden (sobre carga) sobre a corona o pro&#ndidad de tne deba*o de nive s#bterr-neo en metros%
36
a) y e &actor de corrección para tne de cierre J de&inido en a ec#ación (5%6)% P#ede ser observado /#e os &ig#ra 5%4a y 5%4b representan a resp#esta (reacción) de as c#rvas de tierra observadas normaiadas para e tec$o y as paredes de tne, respectivamente en terrenos s/#eeing (apretados) (Qea a sección 19%7)%
Ta)la 5.1 fa!"or &e !orre!!i' => "?el &e !ierre 3Sig/ e" al.8 1--26. % ;o%
condicion de roca
1
non ` s/#eeing T C% (E L 5C [ ) /#eeing (E _ 5C [C%, ^r>^a L m#y rigido ) as above rigido as above &eibe as above m#y &eibe as above etremadamente &eibe
2 4 5 6
sistema soporte
t#ne de cierre &actor de corrección (#a>a),V J L1 L2V 2 T 4V 4 T 6V 6 T FV _FV
1%1
_1%F C%F5 C%7C 1%15 1%F
;otas+ (i) ! tne de cierre depende signi&icativamente de m?todo de ecavación% !n condiciones etremas de s/#eeing terreno, e m?todo de ban/#eo y beading (rebordeo) p#ede evar para $acer #n tne de cierre_ FV% (ii) ! tne de cierre de 4V m-s /#e e espacio de tne no debe ser permitido, si no a presión de soporte es probabe /#e a#mente r-pidamente debido a a &aa de arco de roca% !n taes casos, as ancas adicionaes de roca se deben instaarse inmediatamente para arrestar dentro de tne de cierre #n vaor 3mite de 4V de a anc$#ra% (iii) .as ribs de acero con os p#ntaes p#eden no absorber m-s /#e 2V de tne de cierre% Gs3,
37
cara /#e se compementar- con os arcos de acero detr-s de a cara en as sit#aciones donde se enc#entran cierres ecesivos% (iv) ! espaciamiento m3nimo entre tnees paraeos es 5O de centro a centro en s/#eeing (apretado) terrenos, donde O es a anc$#ra de tne%
fig. 5. Qaor de &actor de corrección para (a) e cierre de tec$o y (b) cierre de paredes ba*o condiciones de terreno s/#eeing (apretado) (ing$ et a%, 1992)%
! &actor de corrección J por tiempo &#e encontrado como
(5%F)
onde t es e tiempo en meses desp#?s de a instaación de soporte% ]oe et a% (1995) $an veri&icado &actores de corrección J y J para e tne de 0aneri ` "ttarkas$i (E I 7CC to 9CC m)% k#mar (2CC2) con&irmó todos os tres &actores de corrección de est#dio de comportamiento de 27 km de argo de tne ;^P en Eimaaya, Xndia (EL14CC m)% Xncorporando o antedic$o de os tres &actores de corrección, ing$ et a% (1992) prop#so a sig#iente correación para a #tima presión de soporte de tne P #t, desp#?s de cerca de 1CC años (J I 51> I 1%7),
38
(5%9) ing$ et a% (1992) ambi?n $an est#diado e e&ecto de tamaño de tne (2mT22m) sobre presiones de soporte% ;o ded#*eron ningn e&ecto signi&icativo de tamaño sobre a presión de soporte observada% in embargo, este aspecto se $a disc#tido en e cap3t#o nmero ; de a masa rocosa% Horizontal o presión de soporte en la pared, Para estimar a presión de soporte en a pared, ec#ación (5%6) p#ede ser #tiiado con caidad de a masa rocosa de pared a corto pao [Yi en #gar de [i%%a caidad de a roca de pared a corto pao [Yi para presión de soporte de pared acorto pao se obtiene desp#?s de m#tipicar [i por #n &actor /#e depende de a magnit#d de [ segn o dado aba*o+
.as presiones de soporte de pared a corto pao observadas son generamente insigni&icantes en condiciones de roca non ` s/#eeing (no apretadas)% !s, por o tanto, recomendado /#e ?stos se p#eden desc#idar en e caso de os tnees en masas rocosas de b#ena caidad de gr#po 1 en a taba 5%9 ([_1C)% ;ota+ G#n/#e a presión de soporte de pared &#era insigni&icante en condiciones de tierra non ` s/#eeing (no apretadas), a ata presión de soporte de pared es comn en terrenos pobres o condiciones de terreno s/#eeing (apretada)% Por o tanto, os p#ntaes invertidos con os ribs de acero se #tiicen c#ando a presión de soporte de pared estimada re/#iere e #so de a soporte en a pared en condiciones ecepcionamente pobres de a roca y en condiciones de terreno atamente s/#eeing (apretada)% ;G0 o ;0 son #na me*or opción de otra manera%
5%7 S(a si so(or"e.
39
Oarton et a% (1974 prop#so a ec#ación sig#iente para estimar a dimensión e/#ivaente ( e) de #n mismo soporte o en tne sin soporte%
onde+
e
dimensión e/#ivaente,
[
span, di-metro o at#ra en metros> !B caidad de a masa rocosa%
!B
ratio de soporte de a ecavación%
!n a dimensión e/#ivaente, e span o e di-metro se #sa para anaiar e soporte de tec$o, y a at#ra de pared en caso de apoyo de a pared% ! ratio de soporte de a ecavación (!B) apropiado a #na variedad de ecavaciones s#bterr-neas se ista en a taba 5%11% .os re/#isitos generaes para as apert#ras permanentemente sin soporte son,
.os re/#erimientos condicionaes para as apert#ras permanentemente sin soporte se dan deba*o%
40
.a designación emp3rica se da en tabas y mapas para designar e sistema de soporte en e cap3t#o 1C%
ategor3a de a ecavación
!B
G abert#ras temporaes de a mina%
T5
O abert#ras de mina permanents, tnees 1%6 de ag#a para a energ3a $idr-#ica (ecepto as comp#ertas de ata presión), tnees pioto y derivas para as ecavaciones grandes% c% c#artos de amacena*e, dep#radoras, 1% caminos de menor importancia, tnees &erroviarios y tnees de acceso % centraes e?ctricas, carretera principa 1%C y tnees &erroviarios, compartimientos de de&ensa civi, intersecciones p#ertarias% ! centraes &errocarries, &-bricas%
n#ceares s#bterr-neos, C%F instaaciones pbicas,
41
5.*.1 @o&ulo &e &efor#a!i' &e la #asa ro!osa. !n Xndia #n nmero grande de proyectos de poder $idroTe?ctricos se $a competado recientemente y varios proyectos son en obras% !stos proyectos $an generado #n vo#men de datos de a instr#mentación /#e se $an anaiado por 0itra (199C), 0e$rotra (1992), Qerman (199), ]oe (1994) y ing$ (1997)% !stos n#evos datos y s# an-isis $an evado a #na revisión de as reaciones emp3ricas eistentes y &orm#ación de n#evas correaciones /#e se describen como consec#encia en este cap3t#o% ! mód#o de de&ormación var3a considerabemente% !s m-s en a dirección $orionta /#e en a dirección vertica% in embargo, #n vaor medio de mód#o de de&ormación p#ede obtenerse #sando a reación sig#iente (Oarton,2CC2)%
!sta reación conc#erda con as correaciones de OieniaYski (197F) y era&im y Pereira (19F)% ! vaor de es&#ero de compresión #niaia (") de materia rocoso (/c) p#ede escogerse de a taba 5%12, dónde os res#tados de a pr#eba no est-n disponibes%
42
! an-isis de os datos de campo $a dado a correación sig#iente para e mód#o de de&ormación (!d) de masas de roca d?bies y casi secas con e coe&iciente de correación como C%F5 (ing$, 1997),
onde [ es a caidad de masa rocosa en e tiempo de test aando #niaia y E es a sobrecarga sobre e tne en metros% 0e$rotra (1992) enc#entra e&ecto signi&icativo de sat#ración en !d de rocas sensibes a ag#a (argiosas)% e ve as3 /#e e mód#o de de&ormación de masas de roca d?bies es a presión dependiente% !sta correación se s#giere para e an-isis est-tico de apert#ras s#bterr-neas y di/#es de $ormigón% 0-s a-, os datos de test de C pr#ebas aando #niaia $icieron pensar en a correación sig#iente para e mód#o e-stico !e d#rante e descarg#e de cico (ing$, 1997)%
onde+ !r
0ód#o de easticidad de materia rocoso en ]Pa, y
[
caidad de masa rocosa en e tiempo de a pr#eba #niaia en tendencia%
.a ec#ación (5%1) es v-ida para ambos secos y sat#ró as masas rocosas% e s#giere para e an-isis din-mico de di/#es concretos s#*etado a as cargas s3smicas imp#sivas debido a terremoto de intensidad ato en #n epicentro cercano (a &ata activa)% Gg#nas otras correaciones se res#men en a taba 5%1% se epican .os s3mboos #sados en a taba 5%1 en a nota a pie de p-gina%
43
Ta)la 5.17.orreaciones emp3ricas para e mód#o tota de a de&ormación de a masa de a roca (]X y B0B 1CC)
44
No"a: e espera /#e as correaciones anteriormente citadas proporcionen #n vaor medio de mód#o de a de&ormación%
5.*.2 Aiso"ro(9a &e la #asa &e la ro!a .as masas rocosas &is#radas tienen m#y ba*o mod#o de es&#ero a corte debido a a m#y ba*a rigide de es&#ero a corte de as *#ntas% ! mód#o de es&#ero a corte de #na masa rocosa &is#rada $a sido antes anaiado por ing$ (197) como sig#e%
] f !d>1C ]Pa
(5%14)
! e*e de anisotrop3a est- nat#ramente a o argo de as *#ntas m-s d?bies o de #n pano de ec$o (bedding pane)% Oa*os mód#os de es&#ero a corte cambian dr-sticamente a distrib#ción de es&#eros en as &#ndaciones% #mar (19FF) est#dió estos e&ectos sobre tnees revestidos y o encontró ser signi&icativo%
45
5.*.7 < s. P elo!i&a& &e o&a "na correación entre a veocidad de onda s3smica P y a caidad de a masa rocosa [ $a sido prop#esta por Oarton (2CC2) sobre as bases de arededor 2CCC medidas para #na estimación aproimada de [ deante de a cara de tne #sando a veocidad de onda s3smica P
[ I (1CC> /c) 1C (Qp T 5CC)>1CCCh para 5CC m _ E _ 25 m
(5%15)
Qs >Q p I C%5C a C%66 onde Q p es a veocidad de onda P en metros por seg#ndo y e /c es " de materia de a roca en 0Pa% ! Qs es a veocidad de onda de es&#ero a corte de a masa rocosa% Para a caidad b#ena y *#sta de granitos y de gneis, #n a*#ste inc#so me*or es obtenido #sando a reación [I (Qp T 6CC) >5C (Oarton, 1991)% .a &ig% 5%5 da os vaores de aproimación de a caidad de a masa de a roca antes de a ecavación s#bterr-neo para #na conocida veocidad de onda de p para di&erentes vaores de pro&#ndidad de so)re!arga (E)% !sto debe ser observado /#e a veocidad de onda P a#menta r-pidamente con a pro&#ndidad de sobrecarga% .a &ig% 5%5 tambi?n s#giere a sig#iente correación entre e mód#o est-tico medio de a de&ormación en e tec$o (en ]Pa) y a presión de soporte (en 0Pa)%
P"e!/o B 3ff6E& 3#e&io6 @Pa
46
35.146
.a venta*a de esta correación es /#e a tomogra&3a s3smica de ag#*ero !ruza&o p#ede ser #sada en a manera m-s directa y precisa para especi&icar caidades previstas de a roca y necesidades potenciaes de soporte de a roca en doc#mentos &e li!i"a!i'% Eay posibiidad en e &#t#ro para determinar vaores de [ en grandes pro&#ndidades a o argo de tne por e movimiento s3smico de re&racción sobre e nive de s#eo antes de s# ecavación (cap3t#o 2)% P#ede ser observado /#e os vaores de [ desp#?s de a compresión o e despieg#e vioento de a roca o a erosión de a &itración p#eden ser signi&icativamente menos /#e os vaores de [ antes de $acer #n tne, es decir d#rante #n movimiento s3smico%
Fig. 5.5 #na integración de Qp, [, / c, pro&#ndidad, porosidad y de mód#o est-tico de de&ormación ! d as c#aes &#eron desarroados paso a paso cometiendo errores a*#stando a os datos de campo%(Oarton, 2CC2)%
47
5.*. @e,ora e < (or !e#e"a&o egn Oarton (2CC2), a permeabiidad in sit# (k) de a masa de a roca cerca de a s#per&icie es de orden de (para [IC%C1 a 1CC, EL 25 m y 1 #geonI 1%1CT5 cm>s)%
f [c I ([/c) >1CC #geons
(5%17)
!sto es sorprendentemente #na simpe correación, a#n verdadera para [ entre C%C1 y 1CC% !videntemente a caidad de a masa rocosa p#ede ser me*orada signi&icativamente por cementado de a masa rocosa con a ec$ada de cemento, e c#a ser3a proporciona a a dismin#ción en e vaor m-imo de a permeabiidad de #na masa rocosa cementada en c#a/#ier dirección% Gs3 a capacidad re/#erida de os sistemas de soporte para as abert#ras s#bterr-neos p#ede red#cirse s#bstanciamente% Gdem-s, os taadros argos con ec$ada $ar-n drenar c#a/#ier ag#a en as masa rocosa e&icamente, de ta modo red#ciendo probemas de a constr#cción en a masa rocosa cargadas con ag#aT se &orman (condición de tierra &#yendo)% ! cementado de a masa rocosa con permeabiidad sobre 1 #geon es &actibe en os sitios con as part3c#as de cemento de tamaño m-imo de 1CC ` 15C m (micrómetros)% ementos 0icro &inos y #tra &inos con m-imo tamaño de part3c#as de 15 ` C m p#eden ser #sados en *#stas masas rocosas con abert#ras &3sicas de aproimadamente C%C5 ` C%1C m .a rega &el (ulgar es /#e e tamaño m-imo de a part3c#a debe ser m-s de tres o c#atro veces a abert#ra &3sica de as *#ntas (Oarton, 2CC2)% .a s#posición es /#e a ec$ada seg#ir- a trayectoria de a menor resistencia e c#a es de esta manera a m-s permeabe y a menos tensionada normamente set de *#ntas predominantemente% e esta manera e menor vaor de ^r >^a tambi?n ser- me*orado% Gs3 p#es, Oarton (2CC2) $a probado por/#e as constr#cciones ingenieries a men#do cementados de as masas rocosas d?bies me*oran esta caidad s#bstanciamente en e pasado%
48
49
.a ec#ación /#e de&ine as c#rvas en a &ig#ra 26 p#ede ser escrita+
Gternativamente, e vaor critico de [ para #n span de #na ecavación p#ede ser epresada en a &orma+
Oarton s#giere /#e d#rante e proyecto de a r#ta de #n tne o a eva#ación de #na ecavación s#bterr-nea, os conocimientos de e vaor critico de [ p#eden permitir a ingeniero identi&icar estas secciones /#e probabemente p#eden permanecer sin soporte, y estos p#eden re/#erir consideración detaada en t?rminos de re/#erimientos de soporte%
50
1.2 S(a si sos"ei#ie"o. Oarton eta (1974) prop#so a ec#ación (5%11) para a estimación de a dimensión e/#ivaente (e) de #n tne a#tosoportante o sin sostenimiento% ! e es a reación entre anc$o de tne y e !B% .a reación de sostenimiento de a ecavación (!B) se da en a taba 5%11% in embargo, a erosión por &itración p#ede ser seria desp#?s de varias d?cadas en os tnees a#tosoportantes en rocas so#bes en ag#as cerca de ta#des% .a sección 5%7 ista mas condiciones para re/#erimientos sin soporte% Xnnecesario es mencionar /#e sin soporte es necesario en #na abert#ra a#tosoportante en a masa rocosa%
51
52
0es$I maa, contractor c$oosesI e contratista eige, &ina concrete ining are ess #sed I a g#arnicion de concreto es menos &rec#ente #sado, prediction s#pport needsI necesidad de a predicción de sostenimiento, improved environmentI ambiente mejorado, rapid advance rates= rpido avance.
1.7 Desiga!i' &e so(or"e: ! vaor de [ se reaciona con os re/#erimientos de soporte de tne dimensiones e/#ivaentes de a ecavación%
y con as
.a reación entre e [ y a dimensión e/#ivaente de #na ecavación determinan a apropiada medida de soporte segn o representado en a (&ig% 1C%1) barton et a tiene identi&icados F categor3as de sostenimiento ( &ig% 1C%1) y sostenimiento permanente especi&icadas para estas categor3as% .a ongit#d de pernos ., no se especi&ica en os detaes de sostenimiento%
53
P#ede ser res#eto en t?rminos de anc$o de a ecavación, O en metros #sando a sig#iente ec#ación de barton et a (1974)%
1. Dise+o &e s/o"!re"e !o fi)ras &e a!ero reforza&o ! proceso $medo de
Gta apicación capacidad $asta de 25 m>$ora%
ii)
!&iciente re&oramiento%
iii)
Poco rebote en e rango de 5 ` 1C V es mas ba*o /#e en e proceso seco%
iv)
"ni&orme y ata caidad de
v)
0enos povo /#e en proceso seco%
vi)
Oa*a permeabiidad debido a ba*o ratio de ag#a ` cemento%
54
vii)
;ing#na corrosión de as &ibras cortas de acero inoidabe y
viii)
Bentabe en t#nees argos o cavernas grandes, sin embargo, a tecnoog3a pide traba*ados c#ai&icados, dirigidos a ingenieros geoógicos y de rocas%
55
56
Boca metamór&ica o 3gnea m#y artic#ada% ondiciones de tensión ba*as%
reveing o c#ñas a prevención pe/#eñas y bo/#es raveing de&inidos por a progresivo% intersección de *#ntas%
de Gpicar 5Cmm de s$otcrete de re&oramiento de &ibra de acero en a s#per&icie impia de tec$o de a ecavación% Pernos de roca o cavi*as /#e se necesitar3an como soportes adicionaes para os bo/#es grandes%
Boca sedimentaria Pante en #n macio ! contro de Pernos de roca o m#y artic#ada y a separación en os separación de a cavi*as re/#eridas
57
pantada en #n macio% Oa*as condiciones de es&#eros%
spacios de cama y raveing% ecavaciones anc$as y reveing o pantando en #n macio macio os rastro rastross en as caras incinado%
Boca 3gnea o meta metamó mór& r&ic icaa m#y m#y artic#ada, cong ngome omerado o roca ena cons conso oid idada ada%% Gta Gta ondiciones de es&#eros%
Gpretando y ! contro de jp jpasticj &#yen &racaso de masa arededor de a rocosa y diatación% masa rocosa abierta%
Gpica Gpicarr 1CCmm 1CCmm de &ibr &ibraa de acer acero o de s$otcrete como pronto sea posibe e instaar pernos, con pacas, a trav?s de s$ot s$otcr cret ete% e% Gpic picar ar adicionamente 5Cmm 5Cmm de s$otcr s$otcrete ete si se re/#iere% opor oporte tess eten etenso soss deba*o deba*o de sideYa sideYa si es necesario%
Boca Boca sedime sedimenta ntaria ria m#y artic#ada con as s#per&icies c#biertas de arcia%ondiciones atas de es&#eros%
Gpretando y ! contro de jp jpasticj &#yen &racaso de masa arededor de a rocosa y diatación% masa rocosa abie abiert rta% a% .as .as roca rocass ricas de arcia p#eden in&ar%
Gpi Gpica carr 5Cmm 5Cmm de re&o re&or ram amie ient nto o de &ibr &ibraa de acer acero o de s$otcrete s$otcrete tan pronto como como sea sea posi posib be% e% Xnstaar Xnstaar vigas de a a ceos3a o sets de acer acero o iger igero, o, con con invert invert str#ts str#ts donde donde re/#iera, #ego m-s &ibr &ibraa de acer acero o de s$otcrete para c#brir sets o vigas%
58
para controar a separación de camas% Gpi Gpica carr 75mm 75mm de &ibra de re&o re&or ram amie ient nto o de s$or s$orcr cret etee a pano pano desp#?s de empernado%
.os .a retención de spaing, spaing,sabbi sabbing ng y roca rota y contro os esta estaidos idos de de propa propaga gaci ción ón de roca apacibes% &racaso%
esc escri ripc pció ión n de a ond#cta masa rocosa macio rocoso
Gpicar 5C o 1CCmm de s$otcrete encima de a maa o de cab abe atado /#e se ata &irmemente a a s#per&icie de a roca por medio de as cargas de os pernos y cabes bots%
de Be/#er Be/#erim imient ientos os de Gpicación soporte s$otcrete%
de
Boca masiva sedimentari sedimentaria% a% Gtas Gtas condiciones de es&#eros%
e sabbi abbing ng de a Bete Betenc nció ión n de roca roca s#per&ici s#per&icie, e, spaing spaing rota ota y cont contro ro de y posibe apretando s/#eeing% en os os es/#i es/#ist stos os y roca s#ave%
Gpicar Gpicar #na capa de 75mm de re&o re&or ram amie ient nto o de s$otcrete de &ibra de acero acero direct directamen amente te en roca impia% .os pernos de roca o doYes son tambi?n necesarios para soporte adiciona%
Bocas metamór&icas o 3gneas con #n poco de amp ampia iaci ción ón de espa espaci ciam amie ient nto o de *#ntas% Oa*as
Potencia p a ra c#ñas o bo/# o/#es para caerse o diapositiva debido a a carga de
Gpi Gpica carr 5Cmm 5Cmm de &ibras de acero re&orado de s$otcrete a a s#per&icie de a roca en a c#a os
Provisión de soporte en adición a a disponibi disponibiidad idad de pernos de roca o cabes%
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condiciones es&#eros%
de gravedad%
rastros de as *#ntas son ep#estos%
Bocas sedi sedime ment ntar aria iass con #n poco de espaciamiento ampio pantado en panos y *#ntas, ba*as condiciones de es&#eros%
Potencia p a ra c#ñas o bo/# o/#es para caerse o diapositiva debido a a carga de gravedad% Panta ntando en #n macio as eposiciones panas p#eden deteriorar a tiempo%
Provisión de soporte en adición a a disponibi disponibiidad idad de pernos de roca y cab cabes es%% e ean ando do o soportando os panos d?bies de eposición%
Gpi Gpica carr 5Cmm 5Cmm de &ibra de acero re&orado de s$otcrete en a s#per #per&i &ici ciee de as rocas rocas ena ena c#a os rastros de as discontin#idades son ep#es ep#estas tas,, con atenci atención ón parti partic# c#ar ar a os rastros de os panos soportados%
Bocas metamór&icas 3gneas 3gneas artic# artic#ad adas% as% Gta Gtass cond condic icio iones nes de es&#eros%
ombinado estr#ct#ra y a tensión controó os &racas &racasos os arede arededor dor de 3mite abierto%
Bete Betenc nció ión n de roca roca rota ota y cont contro ro de diata diatació ción n de masa masa rocosa%
Gpicar 75mm pano de s$otcrete encima de a maa de so sodad# dad#rra &i*a detr detr-s -s de a pac pacaa de perno o apicar 75mm 75mm de &ibr &ibraa de acero de re&o re&or ram amie ient nto o de s$ot s$otcr cret etee en roca roca,, insta instaar ar pernos pernos con pacas y #ego apicar apicar #na seg#nda capa de s$otcrete de 25mm 25mm%% .as .as capa capass de s$otcrete espeso /#isas son re/#eridas para atas concent concentrac racion iones es de es&#eros%
Bocas sedimentarias d?bimente
! sabbing, ontro de a masa Gpi Gpica carr 75mm 75mm de spaing y rocosa osa &a aada y &ibr &ibraa de acer acero o de posibemente s$otcrete a a 60
artic#adas pantadas, condiciones es&#eros%
y apretando% atas de
s/#eeing
s#per&icie impia de a roca tan pronto sea posibe, instaar pernos, con pacas o patinas, a trav?s de s$otcrete, apicar #na seg#nda capa de s$otcrete de 75mm%
P#ede ser observado /#e as estr#ct#ras comprimidas tienen #na vida mas arga /#e as estr#ct#ras tensionadas% ! an-isis dem#estra /#e e s$otcrete con b#en enace con a masa rocosa $omog?nea es probabe estar comprimida en e tec$o ovaado de os tnees% as3 as estr#ct#ras p#eden tener arga vida $asta 6C años en masas rocosas secas% esde e año 19FC% .as &ibras de acero mecado con eceso de ag#a re&orados s$otcrete (
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Ca"egor9a &e reforza#ie"o. 1) in sostenimiento% 2) Pernos espor-dicos, sb% ) Pernos sistem-ticos, O% 4) Pernos sistem-ticos con s$otcrete sin re&#ero de 4 a 1C cm , O (U) 5) $otcrete re&orados con &ibras, 5 a 9 cm y pernos, (&r)U O% 6) $otcrete re&orados con &ibras, 9 a 12 cm y pernos, (&r)U O% 7) $otcrete re&orado con &ibras de acero de 12 a 15 cm, (&r)UO%
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F) $otcrete re&orado con &ibras, _15cm, con arcos de acero (cerc$as) y pernos, (&r),BBU O% 9) Bevestimiento de concreto armado G%
No"as su(le#e"arias &e )ar"o e" al. 31-6 (i)
.os tipos de sostenimiento #sados en rocas etremadamente b#enas y ecepcionamente b#enas depender- de a t?cnica de voad#ra%a voad#ra de pared isa red#ce proporcionamente a necesidad de sostenimiento%a voad#ra de pared aspera p#ede dar #gar a a necesidad de #n soo #so de s$otcrete, especiamente donde a at#ra de a ecavación ecede 25 m%
(ii)
Para os casos de roca pesada /#e estaan W o /#e $ace estaar, pernos tensados con patinas aargadas de #so &rec#ente, espaciamiento de 1m (ocasionamente C%Fm)% e sostenimiento &ina es instaada desp#?s /#e cesa a actividad /#e $ace estaar%
(iii)
Qarios empernan ongit#des de #so &rec#ente en a misma ecavación i%e%, ,5 y 7m%
(iv)
Qarios empernan ongit#des de #so &rec#ente en a misma ecavación i%e%, 2, y 4m%
(v)
abes tensionados de anca*e de #so &rec#ente compementan presiones de sostenimiento de pernos% 3picamente espaciados de 2 a 4 m%
(vi)
Qarios empernan ongit#des de #so &rec#ente en a misma ecavación i%e%, 6,F y1Cm%
(vii)
abes tensionados de anca*e de #so &rec#ente compementan presiones de sostenimiento de pernos% 3picamente espaciados de 4 a 6m%
(viii)
0#c$as vie*as empresas o compañ3as en esta categor3a empean empernado sistem-tico o p#nta con maa eectro sodada, y arcos de concreto en e tec$o (25 a 4C cm) como #n sostenimiento permanente%
(i)
casos /#e impican a $inc$aón, por e*empo a arcia de a montmorionita (con &itración e ag#a)% Para e sitio detr-s de a etensión de sostenimiento es #sado en casos de pesada $inc$aón% as medidas de drena*e se #tiian en o posibe%
()
asos /#e impican arcia $inc$ada o roca &ract#rada% 63
(i)
asos /#e impican roca &ract#rada% oporte r3gido pesado es #tiiado como sostenimiento permanente%
(ii)
e ac#erdo a a eperiencia de Oarton et a% (1974), en casos de $inc$aón o &ract#ramiento% ! sostenimiento tempora re/#erido antes de arcos de concreto (o s$otcrete) se &orman por empernado (tensionado de tipo de conc$a de epansión) si e vaor de B[>^n es s#&icientemente ato (i%e% _1%5), posibe combinación con s$otcrete, si e B[>^n L 1%5 e soporte tempora consiste en a apicación severa de capas de s$otcrete para red#cir a carga desig#a de concreto% Pero p#ede ser no e&ica c#ando B[>^n L 1%5 o c#ando $ay presencia de m#c$a arcia a menos /#e sean pernos tensionadas con ec$ada% "na s#&iciente ongit#d de perno ancado se p#do tambi?n obtener a #sar as ancas en soi&icación r-pida como o es a resina en masas rocosas de caidad etremadamente maa%
(iii)
por raones de seg#ridad e m?todo mtipe de per&oración ser- a men#do necesario d#rante a ecavación y e sostenimiento de arcos en e tec$o% Para pan>!B _ 1C en roca ecepcionamente pobre soamente%
Co!lusioes re#ar!a&as: (i)
en #na masa rocosa pobre, a capacidad de sostenimiento de os pernos de roca (o anca*e) es pe/#eño en comparación con e s$otcrete y
(ii)
.os pernos no tensionada con co#mna tota de ec$ada (amada anca*e) son mas e&ectivos /#e pernos de roca pre% ensionada en sostenimiento de masas rocosas d?bies%
(iii)
a eperiencia de diseño s#giere /#e e gr#eso de
(iv)
e
(v)
! ;0 es basado en a &ioso&3a de ;G0 para &ormar #n anio portador en todo arededor de #n tne% ;0 o&rece #n sitio as tabas espec3&icas de diseño para s$otcrete ano y #na carta de
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diseño para
E,e#(lo 1 !n #n proyecto $idroe?ctrico importante $ec$o en &iita c#arc3&era, seca a caidad de a masa rocosa esta en e rango de 6 T1C, a asperea de n#mero de *#ntas es ^r es 1%5 y a ateración de n#mero de *#ntas es 1%C, pero as *#ntas est-n orientadas en e tne s#bterr-neo de a ma/#ina% ! anc$o de a caverna es 25m a at#ra es 5Cm y e tec$o es ovaado o ar/#eado% .a sobrecarga es 45Cm, s#gerir y designar e sistema de soporte% ! promedio de a caidad de a masa rocosa es (61C) I F apro% a carga ecesiva sobre a corona es menos /#e 5C (F) 1> I7CC apro% Por o tanto a masa rocosa es no tensionada% ! &actor de corrección de sobre carga o carga ecesiva es &I 1 U (45C ` 2C)>FCC I1%16% .a corrección de tne es & lI 1%C% Presión de sostenimiento a corto pao en e tec$o de a ec#ación 5%6 es (&I1%C)
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Short term wall support pressure is = a presión de sostenimiento a corto pao en astiaes es+ Ultímate support pressure in roof from equation (5.10is !i"en #$ = a #tima presión de sostenimiento en e tec$o se da por a ec#ación (5%1C) %he &S' is 1.0 for important strutures fi!. 10.) !i"e the followin! support s$stem = e !B es 1%C para estr#ct#ras importantes &ig, 1C%2 se da e sig#iente sistema de sostenimiento en e tec$o%
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