INTRODUCCION El diseño de una excavación subterránea es el diseño de su propia estabilidad. En el proceso de minado el sostenimiento es parte primordial y vital para alcanzar los objetivos de producción en condiciones de terreno estable. El uso de elementos de sostenimiento en el macizo rocoso ha llevado al hombre a ir perfeccionando las técnicas de fortificación. Un accidente tiene un costo extremadamente alto; además del daño a la persona a la familia !ue muchas veces es irreparable también está el daño a la or"anización ya !ue un accidente cuesta tanto debemos obtener una enseñanza de él un beneficio por tan alto costo. Ese beneficio es evitar !ue el accidente vuelva a ocurrir y además promover la se"uridad. #omo es sabido la mayor ocurrencia de estos accidentes son debido al desprendimiento o ca$da de rocas %rente %rente a esto esto y
para para lo"rar lo"rar un minado minado con se"urida se"uridad; d; los &epar &epartam tament entos os de
'e"uridad de las minas hacen uso de una amplia variedad de elementos de sost sosten enim imie ient nto o (per (perno no de roca roca shot shotcr cret ete e cuad cuadro ross de made madera ra mall mallas as etc. etc.). ). *plicando as$ el sostenimiento sostenimiento adecuado !ue el macizo macizo rocoso re!uiere. El 'osten 'ostenimi imient ento o consis consiste te en coloca colocarr al"+n al"+n eleme elemento nto estruc estructur tural al !ue !ue permit permita a recuperar el e!uilibrio perdido en la roca pudiendo ser temporal o permanente. ,emos emos pues pues la "ran "ran impo import rtan anci cia a de ele" ele"ir ir corr correc ecta tame ment nte e un elem elemen ento to de sostenimiento el cual no solo nos permite trabajar con tran!uilidad sino !ue puede salvar salvar nuestra vida y las de nuestros trabajador trabajadores. es. *s$ *s$ también representa representa suma importancia el haber realizado una buena instalación de dichos elementos en el área pues una instalación inadecuada puede ser extremadamente peli"rosa pues va a existir una falsa sensación de se"uridad para las personas !ue in"resen a dicha área.
CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO SOSTENIMIENTO
-ediante el estudio de las condiciones "eomecánicas del macizo rocoso se puede establ establece ecerr los planes planes a se"uir se"uir para para "arant "arantiza izarr la instal instalac ación ión adecu adecuada ada de las fortificaciones. Existen también diferentes situaciones !ue pueden presentarse las cuales cuales re!uie re!uieren ren del uso uso de elemen elementos tos de sosten sostenimie imiento nto;; para para conso consolid lidar ar los estratos de roca afirmar los blo!ues y prevenir la ca$da de rocas sueltas. El usar elementos de sostenimiento no es otra cosa !ue ase"urar el control sobre los esfuerzos !ue se ori"inan debido a las excavaciones subterráneas.
† &esde el punto de vista de la función de un sistema de sostenimiento se esta establ blec ece e la clas clasifific icac ació ión n de los los elem elemen ento toss de sopo soport rte; e; tale taless como como la %ortificación *ctiva y %ortificación asiva. a!uellos os eleme elemento ntoss o sistem sistemas as !ue ejerce ejercen n acción acción Fortificac Fortificación ión Activa: Activa: 'on a!uell soportante desde el mismo momento en !ue son instalados mediante la aplicación de una car"a externa sobre el macizo rocoso. r ocoso. Entre estos tenemos a/ ernos de anclaje barras corru"adas cables de acero etc.
Fortificación Pasiva: 'on a!uellos elementos o sistemas !ue solo trabajan cuando el macizo rocoso experimenta deformación.
Entre estos tenemos/ '0ellex 'plit 'et 'oporte con maderas etc.
† &esde el punto de vista de la temporalidad es posible distin"uirlos por los tipos de fortificación y por la vida +til del sistema de soporte.
Fortificación de Corto Tiemo: 'e instalan inmediatamente después del disparo (detonación) del frente es un sostenimiento de aberturas de corto tiempo. Entre estos tenemos/ ernos con anclaje y Estabilizadores de fricción.
Fortificación Definitiva: 'on los elementos !ue deben instalarse para ase"urar la estabilidad del diseño minero y sus particularidades para toda l a vida +til de la mina además debe permitir extraer la tasa de producción pro"ramada. Entre estos tenemos/ #ables de acero 1arras corru"adas con resina o cementada.
ELEMENTOS ELEMENTOS EN LA DETERMINACION DEL SOSTENIMIENTO
a)
2os esfuerzos naturales del suelo o la roca circundante a la excavación de un t+nel se deben preservar movilizándose hasta el máximo alcance posible.
b)
#ontrolar las deformaciones en la superficie de la excavación cuando el total de los esfuerzos lo re!uiera. &e cual!uier forma excesivas deformaciones
derivan en resultado de la perdida de esfuerzos o inaceptables superficies con altos asentamientos !ue en lo posible deben evitarse. c)
Estos condicionamientos pueden lo"rarse si"uiendo una variedad de rutas "eneralmente un sistema de soporte primario consiste en un empernado o anclaj anclaje e de rocas rocas sistem sistemáti áticam cament ente e instal instalad ado; o; comple complemen mentad tado o por una una cáscara de revestimiento semi3flexible en base al concreto rociado. #on cual!uier sistema de soporte empleado es necesario !ue en la instalación los los elem elemen ento toss de este este entr entren en en $nti $ntimo mo cont contac acto to con con la supe superf rfic icie ie de excavación de modo tal !ue las deformaciones de esta sean absorbidos totalmente o en parte por el sistema instalado.
d)
El periodo periodo de tiempo tiempo !ue transcurra transcurra hasta la colocación colocación del soporte soporte y el cierre con un anillo de concreto rociado de la superficie excavada es de vital importancia para el control de las deformaciones debido a !ue estas var$an de punto a punto.
e)
El
soporte
primario
representa
el
soporte
total
re!uerido.
El
dime dimens nsio iona nami mien ento to del del sopo soport rte e secu secund ndar ario io se basa basa en el "rad "rado o de contri contribuc bución ión !ue los result resultado adoss de las medici medicione oness de esfuer esfuerzo zoss en los sostenimientos primarios otor"uen y en las deformaciones !ue puedan ser detectadas en la superficie de la roca circundante. f)
2a lon"itud del t+nel !ue se deja sin soporte por al"+n tiempo durante la construcción de este debe ser lo mas corta posible. 'i la excavación se ejec ejecut uta a a secc secció ión n comp comple leta ta debe debe perm perman anec ecer er por por un m$ni m$nimo mo tiem tiempo po tratando as$ de no afectar la disturbación de la roca por efectos de la voladura.
g)
4odos odos los los part partic icip ipan ante tess en el dise diseño ño y en la ejec ejecuc ució ión n del del proy proyec ecto to (in"en (in"enier ieros os proyecti proyectista stas s const construc ructor tores es etc.) y
los respons responsabl ables es de la
ejecución deben adoptar actitudes cooperativas para la toma de decisiones y la resolución de problemas.
5tras consideraciones si"nificativas en la selección de un sistema de sostenimiento son/ E! eso m"#imo de !os $!o%&e de! !&'ar( ro#imidad de
!a !ass fa!! fa!!as as(( dis! dis!oc ocac ació ión n o des des!a !a)a )ami mien ento to tota tota!! anti antici cia ado do(( tama tama*o *o + dirección de !as resiones sin sit&.
ELEMENTOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO SOSTENIMIENTO
1ásicamente el sostenimiento tiene por objetivo/
2a se"uridad de las personas !ue permanecen en la mina por al"una razón y la protección de los e!uipos !ue all$ se encuentran.
*se"urar !ue la cavidad pueda cumplir con la función para la cual fue excavada.
* "randes ras"os existen varias formas de lle"ar a un diseño aproximado del soporte/ 6.3 &iseño basado en la experiencia !ue ha mostrado ser exitosa. 7.3&iseño basado en métodos de de la especialidad especialidad de 8eomecánica 8eomecánica y -ecánica de 9ocas !ue cuantifican y modelan el comportamiento roca3soporte. r oca3soporte. Exis Existe ten n dive divers rsos os sist sistem emas as de sopo soport rte. e. 2a apli aplica caci ción ón de esto estoss pued puede e ser ser una una combinación de ellos o solamente un sistema lo !ue depende de las condiciones del macizo rocoso por sostener. ara adecuar un método de sostenimiento es necesario tener una evaluación "eomecánica del macizo rocoso y existen para ello diversos sistemas como el : el 9-9 el 9:& y otros. * continuación continuación se detallan los sistemas de sostenimiento sostenimiento mas usados.
principio io básico básico del del perno de roca roca es hacer parte parte I, PERNOS DE ROCA,- El princip inte"ral de la estructura de apoyo a las rocas !ue se empernan.
2os sistemas de reforzamiento con pernos de roca impide aten+a o neutraliza el fenómeno de alteración de presiones alrededor del t+nel o la excavación inducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a la excavación. En "eneral el principio de su funcionamiento es estabilizar los blo!ues rocosos yo las deformaciones de la superficie de la excavación restrin"iendo los desplazamientos relativos de los blo!ues de roca adyacentes.
ZONA ASEGURADA
ZONA DE FALLA
TUNEL
Sostenimiento con Pernos de Roca
En función de la estratificación de la roca el empernado del techo se puede realizar de las si"uientes formas/
%59-*#<5= &E2 *9#5 &E 954E##<5=
2as dimensiones de estos arcos y la intensidad de las fuerzas !ue se "eneran por car"a de roca aflojada dependen de la naturaleza y condiciones de la roca de la lon"itud 2 !ue se deja sin sostenimiento y del radio de la bóveda del t+nel.
Form&!as %&e ri'en e! Tensionamiento de Pernos
6. Esfuerzo cortante máximo de la roca considerando !ue las rocas tienen el mismo comportamiento !ue las arcillas consolidadas
max
c
tan
&onde/ c
: Cohesion de la roca
: Esfuerzo flexionante (kg/cm 2 ) max : Esfuerzo máximo al cizallamiento de la roca (kg/cm 2 ) : Angulo de fricción interna
7. #ar"a de trabajo (4ensión) T L max
&onde/ : &iámetro L : 2on"itud
max
:
de la barra (cm.) de la barra (cm.)
Esfuerzo máximo al corte de la roca (>". cm7)
4/ 4ensión de la barra (>".)
?. 2on"itud de anclaje
L
&onde/
S T Ae d
L /
2on"itud de anclaje (cm.)
' / %actor de se"uridad 4 / 4ensión o car"a de trabajo(@".) *e/ *dherencia especifica o capacidad de anclaje (>".cm 7) d / diámetro de taladro
CONTROL DE LA INSTALACION DE PERNOS
,erificar las condiciones de se"uridad previas a la instalación ase"urando !ue el área presente buen desatado de las rocas sueltas y ventilación adecuada.
'i durante el desatado la ca$da de fra"mentos rocosos fuera continua se debe ase"urar el techo con malla sujeta con puntales o "atas de otro modo colocar una capa de shotcrete de 7A (B cm.) de espesor.
'e debe señalizar la ubicación adecuada de los pernos a colocar.
rever todos los materiales e!uipos y herramientas !ue se deberán utilizar para la instalación de los pernos verificando su estado calidad y cantidad adecuada as$ como los re!uerimientos de aire y a"ua !ue sean necesarios.
erforar los taladros con el diámetro lon"itud orientación y distribución adecuados limpiando los mismos antes de colocar los pernos.
=unca dejar un taladro perforado sin haber colocado de inmediato el perno. 'imilar al desatado instalar los pernos comenzando de la zona ya sostenida o bien desatada avanzando en el sostenimiento hacia la zona por sostener.
En lo posible los pernos deben ser colocados perpendicularmente a la superficie del contorno de la excavación tratando de !ue éstos amarren a los blo!ues rocosos.
=o se deben instalar los pernos alineados en forma paralela a las discontinuidades o en las discontinuidades por !ue éstos perderán su eficacia.
El personal encar"ado de la instalación de los pernos debe estar bien entrenado y capacitado.
TIPOS DE PERNOS
TIPOS DE PERNOS:
a,
Pernos de Anc!a.e Mec"nico: #onsiste en una varilla de acero de 6C a 77 mm. &otado en su extremo de un anclaje mecánico de expansión (concha expansiva) !ue va al fondo del taladro. 'u extremo opuesto puede ser de cabeza forjada o con rosca en donde va una placa de base !ue es plana o cóncava y una tuerca para presionar la roca. 2a tuerca se "ira por medio de una llave en la cual se va midiendo el momento de torsión; este no deberá exceder al DF del esfuerzo !ue ori"ina la deformación plástica en el acero. * medida !ue se "ira la tuerca la concha expansiva se mueven horizontalmente ajustándose contra la roca. Esto da lu"ar a una resistencia friccional en el extremo del anclaje de aproximadamente G toneladas !ue contendrá al desplazamiento. or lo "eneral se utilizan en estructuras de roca masiva con blo!ues o estratificadas sin la presencia de a"ua. Este tipo de elemento de sostenimiento es fácil y rápido de instalar. ierden su capacidad de anclaje como resultado de las vibraciones de la voladura o el astillamiento de la roca detrás de la placa debido a altas fuerzas de contacto por lo !ue no es recomendable utilizarlos en terrenos cercanos a áreas de voladura. 'olo pueden ser usados para reforzamiento temporal. 'i son utilizados para reforzamiento permanente éstos deben ser prote"idos de la corrosión.
CONC/AS DE E0PANSION
ESPECIFICACIONES PARA PERNOS DE ANCLA1E 2os pernos son disponibles en lar"os desde .D m hasta Lon'it&des
?. m en incrementos de .? m. 2as lon"itudes de los espárra"os es una medida de todo y los pernos desde el
Tios de
extremo hasta justo debajo de la cabeza forjada. 4odas las roscas son formadas por un proceso de
Rosca +
laminado en frió y son disponibles con rosca iz!uierda ó
Tama*os
derecha
Disoni$!es 2I)%&ierda +
M5trico -6D x 7 3 H"
UNC BHI 3 66 (6*)
DIN 678 96D x H
Derec3a4
-7 x 7.B 3 H"
?JI 3 6 (6*)
97 x H
Proiedades Mec"nicas
Proceso de Fa$ricación
$,
Rendición de F&er)a Ma 2Min4
U!tima F&er)a E#tensi$!e Ma
9 de E!on'ación
2Min4 2Min4 ?D BC 6? 4odo el material es retirado en frió antes del enroscado para as$ eliminar cual!uier falla de redondez asociado con barras laminadas calientes
arra Corr&'ada 2Lec3ada de Resina o Cemento4: 2os pernos con barra corru"ada (fierro corru"ado) son fabricados con un acero "rado D; instalado en una lechada de resina o cemento; resisten el movimiento del terreno debido a los puntos de contacto del enclavamiento mecánico del perno. 2a unión resina (o lechada cementada) con la roca depende de las irre"ularidades encontradas dentro de la perforación y de la estructura de la roca. 2a resistencia de uno de estos elementos correctamente instalados aproximadamente 6.B toneladas por 7.B cm. cuando esta instalada en cartuchos de resina bien mezclados estos valores en una lechada de cemento son levemente mas bajos. 2a capacidad de anclajes de 67 4-. Es recomendado para todo tipo de estructuras de rocas y especialmente en instalaciones para el sostenimiento a lar"o plazo o donde la corrosión puede ser un problema.
c,
arra /e!icoida! 2Lec3ada de Resina o Cemento4: Está constituido por una barra de acero de rosca continua a lo lar"o del perno (helicoidal) asociado a la dotación de una placa y tuerca las cuales "arantizan el anclaje del perno sobre la superficie de roca siendo superior a 6H 4-. 2a funcionalidad de este tipo de anclaje se fundamenta en la interacción de la 1arra Kelicoidal los encapsulantes y la afinidad con la masa rocosa. 'iendo aplicado este anclaje en diversos tipos de excavaciones/ permanentes y temporales; debido a las Lcapacidades de car"aM !ue aportan y los Lfactores de se"uridadM !ue ofrecen. 9especto a su antecesor convencional (perno de fierro corru"ado) la 1arra Kelicoidal ofrece las si"uientes propiedades mecánicas/ a) son fabricadas en acero "rado CB b) poseen un l$mite de fluencia y c) poseen mayor resistencia a la tracción; asimismo ofrecen mayores capacidades de car"a por el diseño helicoidal !ue poseen.
SELECCI;N DEL TIPO DE ENCAPSULANTE 2a determinación del tipo de encapsulante a ser utilizado con la 1arra #orru"ada o la Kelicoidal depender$a de/ a) la evaluación "eomecánica de la zona inestable. b) la velocidad de sostenimiento !ue se re!uiere. c) la funcionalidad de la excavación (tiempos de exposición). d) el "rado de se"uridad re!uerido. %inalmente deberán ser evaluadas con un análisis de Lcosto3beneficioM de cada una de las alternativas propuestas. * continuación se detallan las consideraciones !ue se deben tener en cuenta al aplicar cada uno de los encapsulantes teniendo como base de análisis/ la evaluación
"eomecánica y el control de los tiempos de autosostenimiento de la masa rocosa.
a4 Cart&c3os de cemento N #ontrol en la hidratación de los cartuchos de cemento. N #ontrol durante la introducción de la 1arra Kelicoidal o #orru"ada (rotación). N #apacidad de car"a portante a partir de las 6H 3 7 horas.
$4 Cart&c3os de resina N #ontrol estricto de los diámetros de perforación de taladros. N #ontrol durante la introducción de la 1arra Kelicoidal o #orru"ada (rotación). N 1atido homo"éneo de los cartuchos de resina. N #apacidad de car"a portante a partir de las 6B 3 7 minutos.
c4 In+ecciones de cemento N #ontrol de la relación a"ua 3 cemento adecuada. N #ontrol durante la inyección de lechada de cemento sobre el taladro. N #apacidad de car"a portante a partir de las 7 3 7J horas.
Cart&c3os de Resina
Cart&c3os de Cemento
PERNO CON RESINA
d,
S!it Set o Esta$i!i)ador de Fricción: #onsiste de un tubo ranurado a lo lar"o de su lon"itud uno de los extremos es ahusado y el otro lleva un anillo soldado para mantener la platina. *l ser introducido el perno a presión dentro de un taladro de menor diámetro se "enera una presión radial a lo lar"o de toda su lon"itud contra las paredes del taladro cerrando parcialmente la ranura durante este proceso. 2a fricción en el contacto con la superficie del taladro y la superficie externa del tubo ranurado constituye el anclaje el cual se opondrá al movimiento o separación de la roca circundante al perno lo"rando as$ indirectamente una tensión de car"a. 'e alcanzan valores de anclaje de 6 a 6.B 4-. or cada ?.B cm. 2os 'plit 'et se utilizan "eneralmente en roca severamente a"rietada o fracturada sujeta a condiciones de baja tensión. 'e utiliza un adaptador (empujador) acoplándolo a la perforadora
para
empujar
el
estabilizador
dentro
de
la
perforación.
'u instalación es simple solo se re!uiere una má!uina jac@le" o un jumbo. roporciona acción de refuerzo inmediato después de su instalación y permite una fácil instalación de la malla.
e,
S
ACCESORIOS DE PERNOS DE ROCA: PLATOS DE SOPORTE + TUERCAS
P!atos de Soorte
'on accesorios de los pernos de roca los cuales van pe"ados a la roca lue"o de la instalación del perno.
/a+ dos tios $"sicos de !atos de soorte:
latos de 'oporte lanos
latos de 'oporte &eformados
P!atos de Soorte P!anos
Estos son recomendados para uso +nicamente en conjunción con otros artefactos de dispersión de car"a como cabeceras y cintas PQA. Esto resulta !ue la car"a extensible en el sistema sea transferido al collar del a"ujero barrenado debajo del plato de soporte. Esto a su vez conduce a mayor deterioración.
P!atos de Soorte Deformados latos de soporte deformados diseminan la car"a de extensión en el sistema lejos del collar del a"ujero barrenado hacia la roca más competente de alrededor. Estos platos son menos propensos a colapsar y mantener su capacidad de car"a mejor !ue los platos de soporte planos.
P!atos de Soorte P!anos
P!atos de Soorte Deformados
E9=5 #5= '5594E 2*=5 &E%59-*&5 (*9:UE*&5)
Tama*os Tio de P!ato
Dimensiones
Tama*o de!
de Soorte
2mm4
/&eco 2mm4
Esesor2mm4
=77 =>8 =87 >87 #
#
#
#
=? >> >@ 67
=77 =>8 =87 >87 P!atos P!anos R R R R R R R 3 3 R R R R R R R DomoB Domo 3 R R 3 R R 3 3 Pron&nciadoB 9anurado para Domo 3 R 3 3 #ono de Ran&rado 9endimiento
8
3 3
R R
R
3
3
R
N4ambién puede ser aprovisionado con una caracter$stica de oreja para facilitar la suspensión de cables de rastreado columnas li"eras de ventilación etc.
A!icaciones #omo re"la "eneral cuanto más friable el terreno soportado más "rande el plato de soporte seleccionado. &onde la superficie de la roca debajo del plato de soporte tiende a ser irre"ular por ejemplo el plato tiende a alinearse en un án"ulo al eje lar"o del perno ó espárra"o un asiento esférico debe de ser utilizado en conjunción con el plato de soporte.
&onde la superficie de la roca es relativamente tersa (la mayor$a de los techos de las minas de carbón caen en está cate"or$a) el asiento esférico puede ser obviado. 'in embar"o cuando se utilizan sistemas de anclaje de ponto con pernos de "ran diámetro (S7 mm) un asiento esférico debe de ser incorporado ya !ue esto mejorará la capacidad de car"a del sistema.
T&ercas
Kay dos tipos básicos de tuercas/ T
4uercas 'encillas
T
4uercas *rru"adas
T&ercas Senci!!as/ Estas son utilizadas en la forma iz!uierda de los pernos de roca donde la instalación es por medio de taladros de roca neumáticos parantes ó jac@le"s.
T&ercas Arr&'adas/ Estos son utilizados con ambos anclaje al extremo y pernos de resina cementada donde la instalación es por medio de ma!uinar$a para pernos de roca y se necesita rotación para mezclar la resina respectivamente.
Tio de
Dimensiones
Tio de Rosca
Oción de
T&erca
a Trav5s
2I)%&ierda ó
Arr&'ado
P!anas 2mm4 Derec3a4 7J -6D or BHI U=# Ensanc3ado ?7 -7 or ?JI U=# Est"ndar 2Sin
'i 'i
Ensanc3ado4 Est"ndar 2Sin
?7
&in JB 3 7
'i
?D
-7J or 6I U=#
=o
2Sin
JD
-? or 66JI U=#
=o
Ensanc3ado4 T&erca A!ta
7C
&in JB 3 6D or 6H
'i
Ensanc3ado4 Est"ndar 2Sin Ensanc3ado4 Est"ndar
N 4odas las tuercas son de material "rado D de forjado frió para óptima fuerza.
II, CALE OLT,- *nclaje con cables de acero este cable de acero es colocado en el interior del taladro; el extremo interior esta firmemente anclado a la roca por medio de un sistema mecánico mientras !ue el exterior va provisto de una tuerca de sujeción y una placa de reparto. En ellos ri"en los mismos principios de funcionamiento !ue en el caso de los pernos en el caso de los cables hay !ue adicionar a la acción del refuerzo la acción de sujeción de los blo!ues rocosos sueltos sin embar"o en el caso de pe!ueños blo!ues rocosos sueltos los cables son inefectivos siendo necesario complementar el sostenimiento con pernos de roca yo malla yo concreto lanzado (shotcrete). 2os cables son elementos de reforzamiento hechos normalmente de alambres de acero
trenzados los cuales son fijados con cemento dentro del taladro en la
masa rocosa. El cable com+nmente usado es el denominado Ptrenzado simpleA conformado por C alambres !ue en conjunto tienen BHA de diámetro con una capacidad de anclaje de 7B 4on. ueden ser usados en cual!uier lon"itud en el ran"o de B a ?
m ya sea en la modalidad de cable simple o doble. &esde lue"o hay una "ran variedad de cables destacando en la industria minera aparte del indicado los cables destrenzados y los cables bulbados para mejorar la adherencia del cable con el cemento.
Las si'&ientes consideraciones son imortantes ara s& &ti!i)ación:
'on utilizados en condiciones de rocas duras moderadamente fracturadas o fracturadas !ue presenten blo!ues "randes a medianos con 9-9 mayor o i"ual a J o cuando se !uiere ase"urar una franja de roca débil entre dos franjas de roca competente.
'on instalados predominantemente en forma no tensionada para el sostenimiento temporal en tajeos y también para el sostenimiento permanente de ciertas estructuras rocosas asociadas al minado.
*propiadamente instalados constituyen un sistema de reforzamiento competente y durable.
roporcionan también una alta capacidad portante en condiciones de roca dura. ueden ser instalados en áreas estrechas.
'e re!uiere varios d$as de tiempo de curado antes !ue los cables puedan trabajar a capacidad completa.
Es dificultoso che!uear y mantener constante la calidad de la pasta de cemento y de la inyección de la misma. =o puede ser utilizada en taladros con presencia de a"ua.
Es un sistema de sostenimiento relativamente barato.
Es sumamente importante en este sistema de reforzamiento para su efectividad completa utilizar estándares apropiados en relación a los materiales e!uipos herramientas y personal idóneo para la instalación.
PROCEDIMIENTO PARA SU INSTALACION
'e perfora el taladro con un diámetro de JH mm en el caso de cable simple o DJ mm en el caso de instalar cable doble. Una vez perforados los taladros se disponen de J opciones para la instalación de los cables. reviamente antes de introducir el cable se deberá limpiar el taladro con aire a presión eliminando pe!ueños fra"mentos en el interior del mismo.
M5todo De! T&$o Resiradero: Oste es el método tradicional para instalar cables de trenzado simple en taladros ascendentes. 2a pasta de cemento !ue tiene usualmente una relación a"uacemento alrededor de .J es inyectada en el taladro a través de un tubo de A de diámetro o más colocado en el collar del taladro. El aire desfo"a a través de otro tubo de diámetro pe!ueño (VA) el cual se extiende hacia el fondo del taladro encintado al cable. 4anto los tubos como el cable son sellados en el collar del taladro por medio de un tapón de hilachas de al"odón o un mortero de fra"uado rápido. 2a dirección del recorrido de la pasta de cemento es hacia arriba en el taladro. #uando la pasta de cemento retorne por el tubo respiradero la inyección habrá sido completada.
M5todo De! T&$o De In+ección: Este método es utilizado en taladros ascendentes y descendentes con cables de trenzado simple. En este caso se extiende hasta el fondo del taladro un tubo de inyección de pasta de cemento de A diámetro o más !ue va encintado al cable. El cable y el tubo son sujetados dentro del taladro por una cuña de madera insertada dentro del collar del taladro. 2a pasta de cemento con relación a"uacemento de .? a .?B si el taladro es ascendente ó .? a .JB si el taladro es descendente es inyectada hasta el fondo del taladro de tal manera !ue el taladro sea rellenado hasta !ue la pasta de cemento aparezca en el collar del taladro. El bombeo es continuo hasta !ue se observe en el collar una pasta de cemento consistentemente espesa. Este método presenta ciertas ventajas respecto al método anterior !ue radica principalmente en la
evidencia del llenado del taladro y en !ue no hay probabilidad !ue la lechada fluya dentro de las fracturas rocosas.
M5todo De! T&$o Retr"cti!: Utilizado para taladros ascendentes o descendentes con cables de trenzado simple. Es un método similar al método del tubo de inyección descrito arriba pero sin utilizar la cuña de madera. El tubo de inyección (?JA o más) es retirado lentamente desde el fondo del taladro conforme pro"rese la inyección. Es importante ase"urar !ue la velocidad de retirada no exceda a la velocidad de llenado del taladro as$ no serán introducidos vac$os de aire. Esto se lo"ra aplicando manualmente una fuerza para resistir la fuerza de empuje de la columna de pasta de cemento. 2a relación a"uacemento de .?B para taladros ascendentes o cual!uier consistencia para taladros descendentes es adecuada para este método.
M5todo De In+ección Con Posterior Inserción De! Ca$!e: El procedimiento para este caso es inyectar pasta de cemento al taladro y posteriormente insertar el cable esto es posible solo cuando se dispone de má!uinas de colocar cables debido a !ue se re!uiere una "ran fuerza para empujar el cable dentro del taladro inyectado. En este método y en el método del tubo retractil el tubo de inyección es reutilizable.
III, MALLA METALICA,- 2a malla metálica principalmente es utilizada para los si"uientes tres fines/
Primero para prevenir la ca$da de rocas ubicadas entre los pernos de roca actuando en este caso como sostenimiento de la superficie de l a roca.
Se'&ndo para retener los trozos de roca ca$da desde la superficie ubicada entre los pernos actuando en este caso como un elemento de se"uridad.
Tercero como refuerzo del shotcrete. Existen dos tipos de mallas/ la malla eslabonada y la malla electrosoldada.
La ma!!a es!a$onada o denominada también malla tejida consiste de un tejido de alambres "eneralmente de calibre G a 67 con cocadas de 7Ax7A ó JAxJA construida en material de acero ne"ro !ue puede ser "alvanizada para prote"erla de la corrosión. or la forma del tejido es bastante flexible y resistente. Esta malla no se presta para servir de refuerzo al concreto lanzado por la dificultad !ue hay en hacer pasar el concreto por las mallas no recomendándose para este uso.
La ma!!a e!ectroso!dada consiste en una cuadr$cula de alambres soldados en sus intersecciones "eneralmente de calibre G a 67 con cocadas de JAxJA construidas en material de acero ne"ro !ue pueden ser "alvanizada. Esta malla es recomendada para su uso como refuerzo del concreto lanzado (shotcrete). 2a malla viene en rollos o en planchas. 2os rollos tienen 7B m de lon"itud x 7. m de ancho y las planchas usualmente tienen ?. m de lon"itud x 7. m de ancho.
-*22* E2E#495'52&*&* E'2*15=*&*
-*22*
CONSIDERACIONES PARA SU INSTALACION
&esatar todo blo!ue suelto del área donde se instalará la malla.
'eñalar el área donde deberá instalarse la malla.
resentar la malla utilizando de ser necesario "atas o puntales.
2a malla debe de estar pe"ada a la roca.
*nclar definitivamente con pernos de roca.
*se"urar la malla utilizando la misma platina del perno si éste a+n no ha sido instalado o arandelas a presión o se"unda platina de retén y tuerca si el perno ya fue instalado.
ar el traslape entre mallas este debe ser de tres cocos y el perno debe de instalarse en el coco central.
2a malla se debe de instalar a 6.B m. del piso.
En áreas de altos esfuerzos deben eliminarse los empalmes horizontales. 2os empalmes
verticales en estos casos deben reforzarse con varillas de fierro
corru"ado de ?HA y .C m de lon"itud.
or ser muy fácil de dañarse con la voladura debe repararse cortando los pedazos dañados.
MALLA ESLAONADA CON PERNO SPLITSET
MALLA ELECTROSOLDADA CON
MAA EEC!"#$#%A%A
I, ARCOS METLICOS ó CIMRAS,3 Este tipo de sostenimiento está formado por una estructura fabricada con vi"as y perfiles metálicos para soporte r$"ido cuya función es otor"ar inmediata se"uridad ajustándose lo más posible a la l$nea de excavación en el frente de avance del t+nel. 'e recurre a este tipo de soporte en casos extremos donde la roca presenta "randes dificultades durante el proceso de excavación/ zonas de rocas fuertemente fracturadas cruces en el n+cleo de fallas contactos con a"ua o materiales fluyentes (lodos arenas etc.) cruces de zonas en rocas comprimidas y expansivas rocas deleznables donde no existe cohesión tramos colapsados (derrumbes) y toda excavación donde hay !ue tener !ue efectuar la operación de sostenimiento previa o simultáneamente con la pro"resión del frente. 2as car"as actuantes sobre las cimbras dependen fundamentalmente del estado de los esfuerzos operantes en la masa rocosa antes de efectuar la operación y la relación entre la presión vertical ejercida por la roca sobre una sección con la presión horizontal !ue ejerce el empuje sobre esta misma sección. las cimbras o marcos metálicos cubren las presiones remanentes !ue resultan cuando las presiones verticales superan a las horizontales. 2as cimbras son construidas con perfiles de acero se"+n los re!uerimientos de la forma de la sección de la excavación es decir en forma de ba+l herradura o incluso circulares siendo recomendable !ue éstos sean de alma llena. 'on dos los tipos de cimbras más usados las denominadas Pr$"idasA y las Pdeslizantes o fluyentesA. *un!ue también existen las del tipo/ #imbra y porte; #imbra de arco sobre porte y #imbra de c$rculo completo.
CIMRA RIIDA
Cim$ras resecto a car'a de roca
'iendo el ancho de la excavación (1) y la altura (K) se puede obtener el si"uiente cuadro/
ESTADO DE LA ROCA CARA 'ana o intacta
DE
ROCA
RECOMENDACIONES PARA EL TIPO DE CIMRA 9e!uiere cimbra continua liviana de dos piezas si se producen astillamientos o blo!ues de roca explosiva.
'ana estratificada o
a .B1
es!uistosa -asiva o
#imbra continua liviana de dos piezas si es necesario.
a .7B1
moderadamente
9e!uiere cimbra continua liviana de dos piezas.
fisurada -oderadamente
.7B1 a
#imbra de arco sobre pared
fra"mentada
.?B(1SK)
no hay presión lateral
-uy fra"mentada
.?B(1SK) a
#imbra continua de tres o
6.6 (1SK)
más piezas con espaciamiento.
4riturada pero
6.6(1SK)
:u$micamente intacta
#imbra continua de tres o más piezas con zapatas de concreto para contener presiones laterales.
8rava y arena
.D(1SK) a
#imbra continua de tres o
6.J(1SK)
más piezas incluyendo puntual de piso.
:ue fluye
6.6(1SK) a
#imbra circular con un
plásticamente
7.6(1SK
conveniente arriostre.
:ue fluye
7.6(1SK) a
#imbra circular con un pre3
plásticamente
J.B(1SK)
revestimiento de concreto
En poca profundidad
* "ran profundidad
armado.
Los accesorios en este sistema de sostenimiento son: los tirantes de conexión de las cimbras el encostillado y los elementos de blo!ueo. 2os tirantes pueden consistir de varillas de fierro corru"ado o liso "eneralmente de 6A de diámetro u otro elemento estructural. El encostillado puede ser realizado con planchas metálicas acanaladas y en al"unos casos en las minas se utilizan tablones de madera. 2os elementos de blo!ueo pueden ser la madera o los bolsacretos estos +ltimos son sacos conteniendo a"re"ados con cemento los cuales son rociados con a"ua para permitir su fra"uado una vez colocados entre las cimbras y la pared rocosa; el concreto débil as$ formado proporciona un adecuado blo!ueo para transferir las car"as uniformemente sobre las cimbras.
EEME(!#$ %E '#)*E#
ACCE$#"$ %E A$ C&M'"A$
, S/OTCRETE,- Es el concreto obtenido mediante la mezcla de cemento a"re"ados a"ua aditivos y elementos de refuerzo; el cual es lanzado con una bomba proyectora empleando un flujo de aire comprimido hasta la superficie de la roca. 2as propiedades mecánicas del concreto aplicado neumáticamente (shotcrete) son las mismas !ue las del concreto convencional e incluyen el esfuerzo a la
compresión a la tracción y a la flexión. El shotcrete es sin embar"o mucho menos poroso y tiene muy buena adhesión a las paredes de roca debido a su aplicación a alta presión.
Princia!es aditivos de! s3otcrete 2ue"o de efectuar una mezcla t$pica de concreto se pueden a"re"ar aditivos los cuales son sustancias !u$micas !ue son colocados para afectar el mezclado emplazamiento y el proceso de curado. 2os principales aditivos pueden ser clasificados como si"ue/
a4 P!astificantes 2os plastificantes son aditivos !ue ayudan a la bombeabilidad o fluidez del concreto. En el proceso en h+medo un material plástico bombeable es deseable pero ello no debe ser "enerado por el incremento del contenido de a"ua. 'i la relación a"uacemento es demasiado alta el cemento se diluirá y el concreto se debilitara. *ltos ran"os de reducidores de a"ua son usados para obtener la fluidez sin exceso de a"ua.
$4 Ace!erantes 2os acelerantes del shotcrete son productos !ue son añadidos al mismo se"undos o minutos antes !ue sea aplicado a la superficie. Estos vienen en una variedad de formas pero los del tipo l$!uido son usados tanto en los procesos en h+medo y seco.
c4 Esta$i!i)adores 'on productos !u$micos !ue detienen o estabilizan el proceso de hidratación. -ezclados con el concreto estos estabilizadores pueden extender la vida +til de cerca de 67 a 6H horas hasta C7 horas posteriormente un producto excitador puede ser
introducido en el inyector despertando al concreto dormido retornándolo a su punto normal de hidratación.
d4 Microsi!ica El micros$lice es un subproducto de la producción silica del acero. Este aditivo es considerado como muy buen complemento del cemento hace !ue la mezcla sea pe"ajosa y produce un concreto más denso. 2a razón de ello es su fineza. El cemento portland tiene una fineza de cerca de J mallas la microsilica es 6 veces mas fina !ue ese cemento.
2os métodos de aplicación de shotcrete se pueden dividir en dos/
S3otcrete Ga Seca: 2os componentes del shotcrete seco o li"eramente pre3 humedecidos son alimentados a una tolva con a"itación continua. El aire comprimido es introducido a través de un tambor "iratorio o caja de alimentación para transportar los materiales en un flujo continuo hacia la man"uera de suministro. El a"ua es adicionada a la mezcla en la bo!uilla.
S3otcrete Ga /Hmeda/ 2os componentes del shotcrete y el a"ua son mezclados antes de la entre"a a una unidad de bombeo de desplazamiento positivo la cual lue"o suministra la mezcla hidráulicamente hacia la bo!uilla donde es añadido el aire para proyectar el material sobre la superficie rocosa.
El producto !ue se obtiene de ambos procesos es el mismo la diferencia esta en !ue para la ,$a K+meda los e!uipos son muy "randes y costosos y se depende del tiempo de vida +til de la mezcla fresca (normalmente G minutos) como l$mite de empleo práctico.
ACCI;N DEL S/OTCRETE EN EL SOSTENIMIENTO DE E0CAACIONES ROCOSAS:
2a acción conjunta del shotcrete y la roca impide !ue éstos se deformen independientemente.
2a interacción induce la formación de un esfuerzo radial de confinamiento !ue controla las deformaciones y !ue aplicado sobre la periferia de la excavación ayuda a la formación de un arco de sustentación.
El shotcrete mantiene el entrabe de las posibles cuñas o blo!ues rocosos sellando las discontinuidades o "rietas producidas por la voladura.
Evita la alteración de minerales inestables presentes en el macizo rocoso excavado por efecto del intemperismo.
PROPORCIONES DE LA MECLA: Una mezcla tipo de concreto lanzado contiene los si"uientes porcentajes de componentes secos/ 3#emento
6B 3 7F
3 ara mezcla seca
?7 3 JD >". m?
3 *"re"ados y "ruesos
6BF al 7F
3 *"re"ados finos
DF al DBF
3 9elación a"ua cemento (mezcla seca)/
.? 3 .B
3 9elación a"ua cemento (mezcla h+meda)/
.J 3 .BB
A!icación De! S3otcrete:
a, 'e debe preparar la superficie lavándola antes de aplicar el shotcrete. #on esto se retirara las part$culas de roca suelta y polvo también se obtendrá una superficie h+meda la cual es favorable para la aplicación.
$, 'i se fuese a aplicar más de una capa antes de aplicar la capa si"uiente se debe limpiar la anterior para una buena adherencia.
c, 2a distancia entre el operario y la superficie a cubrir debe ser de aproximadamente 6.Bm.
d, El operario debe ele"ir una presión de aire tal !ue el flujo del material pueda adaptarse a esa presión una alimentación insuficiente de la mezcla producirá brotes del material en vez de un flujo continuo y una alimentación exa"erada provocará atascamiento de la má!uina.
e, 9especto al án"ulo de lanzado como re"la "eneral la bo!uilla debe ser diri"ida perpendicularmente a la superficie rocosa.
f, 2a aplicación debe iniciarse desde la parte baja ya !ue as$ evitamos !ue el rebote se adhiera a la superficie lo cual podr$a llevar a una falsa aplicación del shotcrete.
', ara distribuir la mezcla de la forma más homo"énea posible se debe aplicar el shotcrete "irando la bo!uilla continuamente.
3, #uando se aplica shotcrete sobre elementos de refuerzo como varillas o malla es importante !ue éstos !ueden completamente bien encapsulados dentro del mortero o concreto.
i, #uando se apli!ue en presencia de a"ua se debe colocar taladros de drenaje fijados con tubos de plástico los cuales ayudaran a liberar las altas presiones de a"ua.
5perario aplicando el 'hotcrete
&renes para eliminar el a"ua en el shotcrete
Consideraciones Para E! S3otcrete:
REOTE/ El rebote esta formado por los componentes !ue no se adhieren a la superficie en tratamiento existen muchos fundamentos teóricos y prácticos para su evaluación el porcentaje de rebote depende de/
9elación a"uacemento.
8ranulometr$a de la mezcla.
Kabilidad del operador
resión de a"ua.
&ensidad de aplicación.
,elocidad de proyección
CURADO/ *l i"ual !ue el concreto el shotcrete también debe ser curado de tal manera
!ue su resistencia potencial y su durabilidad sean completamente
desarrolladas. El mejor método de curado es mantener h+medo el shotcrete continuamente por C d$as utilizando para tal fin el a"ua. El curado natural puede ser considerado siempre y cuando la humedad relativa del lu"ar sea mayor de HBF.
USO DE FIRAS/ *ctualmente se viene utilizando fibras en la mezcla como si fuese un a"re"ado adicional. Estas fibras pueden ser de acero vidrio materias sintéticas textiles etc. Esto ayuda a mejorar la resistencia a la tensión evitando la presencia de "rietas producto de los movimientos de la roca lue"o del fra"uado. El uso de fibras le confiere las si"uientes caracter$sticas a la mezcla/
-ejoran sus propiedades mecánicas del concreto haciendo !ue disminuya su
fra"ilidad en combinación con pernos de anclaje aumenta su capacidad portante.
*umenta la ductilidad del concreto después de su fisuración.
*umenta la resistencia a la rotura y la capacidad de absorción de ener"$a.
*umenta la resistencia a la tracción.
*umenta la resistencia a la aparición y propa"ación de "rietas por contracción.
*umenta la resistencia al impacto y a la cizalladura.
-ejora el comportamiento a la flexotracción. *umenta la durabilidad del concreto.
I, MADERA,- *ctualmente el sostenimiento con madera tiene menor importancia frente a los avances !ue ha habido en las técnicas de control de l a estabilidad del terreno; sin embar"o/ 2a madera puede cortarse y puede fácilmente instalarse. 2a madera tiene la habilidad +nica de fallar "radualmente cuando se car"a más allá de su resistencia y da una advertencia audible de su próxima falla o rotura mediante ruidos durante su a"rietamiento. En al"unas minas peruanas la madera a+n si"ue siendo utilizada como elemento de sostenimiento principalmente en el minado convencional de vetas. 'u rol es prote"er la excavación contra la ca$da de rocas causados por la intemperización y fracturamiento del terreno debido a la voladura y otros factores. En emer"encias su uso como sostenimiento es muy valioso. 'us inconvenientes son/ costo relativamente alto elevado uso de mano de obra por el tiempo comparativamente lar"o de su instalación limitada duración (puede descomponerse) y ries"o de fue"o.
#uando se usa la madera como elemento de sostenimiento es importante tomar en cuenta !ue/ 2a madera seca dura más !ue la fresca o h+meda. 2a madera sin corteza dura más !ue a!uella !ue conserva la corteza. 2a madera tratada o PcuradaA con productos !u$micos con la finalidad de evitar su descomposición dura más !ue la no PcuradaA 2a madera en una zona bien ventilada dura más !ue en una zona h+meda y caliente.
*$# %E A MA%E"A
SJUARE SET: Es una estructura de madera constituida por 7 postes 6 sombrero y 6 tirante. :ue puede extenderse tanto a los costados como hacia arriba y hacia abajo. El s!uare set es fácilmente armado se reemplaza fácilmente si se rompen los elementos y advierte la falla. 2os bloc@s de tope serán comprimidos antes !ue ocurra una falla en los elementos principales; si se remueve el material presionado aliviará las tensiones. 2a vida de la madera puede ser prolon"ada si se usan preservantes pero esto debe ser analizado en términos de la duración del tajeado.
PARTES DEL SJUARE SET/ Es el es!ueleto de una estructura de madera como un prisma re"ular. #onsiste de H piezas/ J postes 7 sombreros 7 tirantes (sin considerar el sill)
An'&!o: Es el elemento dia"onal perpendicular a la caja techo.
Som$rero: Elemento encima de dos postes usualmente con dirección al ancho del cuerpo.
Tirante: #onecta a los dos postes en án"ulo recto van a lo lar"o del cuerpo. Poste: elemento vertical. Si!!: la madera !ue va al piso en dirección al ancho del cuerpo Ka!! !ate: elemento paralelo al buzamiento.
PUNTALES: Es un simple poste hecho con madera redonda de BA a 6A de diámetro y lon"itudes !ue no deben superar los ?.B m para evitar su pandeo y pérdida de resistencia. Es fijado verticalmente en una abertura para sostener el techo o perpendicularmente al buzamiento de una veta para sostener la caja techo (en buzamientos echados) o ambas la caja techo y la caja piso (en buzamientos empinados) previniendo as$ la falla de la roca y el cierre de la excavación.
#uanto menor sea la lon"itud de un puntal éstos ofrecen mayor capacidad portante. 2os puntales presentan ran"os de resistencia compresiva de C a 6 -pa.
PUNTALES SOSTENIENDO
CUADROS DE MADERA/ 'e utiliza en condiciones de roca fracturada a intensamente fracturada yo débil de calidad mala a muy mala y en condiciones de altos esfuerzos. En lu"ar de patilla se coloca un palo de madera en el piso (lon"arina) en cuyos extremos se paran los postes. #onsta de dos postes y un sombrero por lo "eneral. 'e utiliza por su elasticidad dureza y maniobrabilidad.
Cuadro de 2 Piezas (Sombrero, Poste y Entablado -Cribado arriba y al costado)
Cuadro de 3 piezas, 2 postes y sombrero, con doble sombrero. Cribado al costado con redondos (ramas) mas delgadas.
CONCLUSIONES
El hecho de ase"urar el control sobre los esfuerzos !ue se ori"inan como consecuencia de la excavación subterránea constituye el factor primordial para lo"rar este objetivo con mayor "arant$a. 2a mecánica de rocas permite diseñar soportes de terreno temporales y permanentes en terrenos elásticos o cuasi3elásticos (es decir roca dura). =o obstante los sistemas fallan cuando la masa de rocas se acerca al Estado lástico donde la condición viscosa es dominante W Pde manera !ue el diseño basado en extrapolar la conducta elástica es nula.I En minas profundas en roca (y al"unas poco profundas) existe amenaza de estallidos de roca (roc@ bursts) causados por la inestabilidad elástica. El elemento estructural básico es el macizo rocoso perforado. 1ásicamente el soporte tiene por objetivo/
2a se"uridad de las personas !ue permanecen en la mina por al"una razón y la protección de los e!uipos !ue all$ se encuentran.
*se"urar !ue la cavidad pueda cumplir con la función para la cual fue excavada.
or otra parte a medida !ue se reduce el tiempo en mantener la excavación prescindiendo del soporte o apuntalamiento en rocas inestables aumenta la importancia de ejecutar la obra subterránea con los mejores éxito en rapidez se"uridad y econom$a. 4odas estas prevenciones al utilizar elementos de soporte permiten tener una zona se"ura de trabajo incrementa la estabilidad del macizo rocoso y controlar la dilución y el des"aste alrededor de la labor.
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1ames F, Arc3i$a!d and C3ar!es K, Pe!!e+ + Samant3a 1, Es!e+ Economic and roductivity #omparison of 1olt and 'creen 'hotcrete and olymer 9oc@ 'upport -ethods
1,N, de !a er'ne Kard 9oc@ -inerXs Kandboo@
Ne!io /, Ro$!es Esino)a Excavación y 'ostenimiento de 4+neles
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Ro$ert E Pee!e -anuales de -iner$a
Man&a! de eomec"nica de La Sociedad Naciona! De MinerGa + Petró!eo
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