Sostenimiento Con Pernos

MECANICA DE ROCAS APLICADA A LA MINERIA

Introducción: El empernado es una técnica de sostenimiento que, es esencia, consiste en anclar en el interior de las rocas una barra de material resistente que aporta una resistencia a tracción y, confinando al macizo rocoso, permite aprovechar las características resistentes propias de las rocas facilitando así su sostenimiento. La primera aplicación del bulonaje, como técnica de sostenimiento en minería. Se produjo a principios del silo en los estados unidos de !mérica y fue en la St "oseph Lead #ompa$ía, mina met%lica situada en las cercanías del &issouri. En la actualidad las aplicaciones del bulonaje en la obra civil son muy variadas, tanto en el e'terior como en subterr%neo, y en los (ltimos a$os se han producido desarrollos muy importantes, tanto conceptuales como tecnolóicos, que han hecho del bulonaje una técnica indispensables para el sostenimiento de las e'cavaciones subterr%neas como son los pernos S)elle' y los Split set. En eneral, los pernos S)elle' fortalecer la masa de roca a través de una combinación de la fricción y el enclavamiento mec%nico en la interface roca*perno. El mecanismo de anclaje del perno S)elle' es en realidad diferente en rocas duras y blandas. En el roc+ duro, la tensión de contacto secundaria, inducida por el bloqueo mec%nico de las asperezas en la pared del pozo, juea un papel importante en el anclaje, mientras que la tensión de contacto primario, creado por la e'pansión del perno no contribuye mucho. Sin embaro, en rocas blandas, es la fricción, y por lo tanto la tensión de

contacto principal, que determina la capacidad de anclaje del perno. Los Split set desde que fueron puestos en el mercado desde la década de los - y -/s en la cual se usaba de manera masiva madera para el armado de cuadros de madera y0o puntales a la fecha la tecnoloía del sostenimiento ha cambiado dr%sticamente. !ctualmente el perno estabilizador de fricción 1Split Set2 se ha convertido en el sostenimiento m%s usado en las operaciones mineras. Sin embaro, e'iste mucha desinformación al mismo de parte de nuestros colaboradores, razón por la cual he compilado valiosa información a lo laro de mi carrera profesional y de muchas personas que han apoyado al mismo. 3bjetivo de la presente uía4 5ifundir la correcta instalación del perno Split set. 5eterminar en qué calidades de macizo rocoso. • •

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Concepto del trabajo de los pernos. 6nicialmente los pernos est%n asociados a suspender un nivel rocoso, poco competente, de otro m%s resistente, adem%s de ejercer un papel de suspensión de rocas sueltas podía ejercer un cierto papel de consolidar terrenos descomprimidos, tal como se ilustra en la fi.7. 8iura7. 9rincipio de acción de un perno: 7. #abeza de un anclaje, ;. . 9laca de reparto, ?. @uerca de apretamiento, A. Bona de terreno resistente, . @erreno descomprimido a soportar o consolidad.

Anclajes de bloques. El concepto de anclaje de bloques se deriva directamente del planteamiento inicial del perno y se basa en que cada c ada perno debe estar anclado, a lo laro de una lonitud suficiente para aotar la cara a'ial que la barra del perno puede soportar, y su densidad, e'presada por el numero de pernos por cada c ada m; de superficie de roca a sostener, sos tener, debe ser suficiente para equilibrar el peso de la roca que qu e debe ser suspendida. En la fiura ;. Se presenta un esquema para calcular el bulonaje teniendo en cuenta su efecto de suspensión. El m%'imo peso que puede soportar un perno esta dado por la e'presión4 W= F.s.c.h.ρ Siendo4 8 C coeficiente de seuridad, comprendido entre 7.? y =. S C espaciado transversal de los pernos. # C espaciado lonitudinal de los pernos. D C espesor de los estratos de roca que deben ser anclados.  C densidad de la roca. E modelo de la fiura ; tiene escasa utilidad ya que es poco frecuente que, en la pr%ctica, se dé una situación como la contemplada por él.

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&%s habitual es el caso que se ilustra en la fi.=.! que corresponde al anclaje de un bloque de roca, en la hipótesis de que no e'ista cohesión en las juntas que individualizan el bloque y en el caso de que si se considere la fuerza resistente que enere la cohesión. Si no hay cohesión entre las juntas, el n(mero de pernos que deber% colocarse para sujetar un bloque estar% dado por la e'presión4

N=

.

5onde4 FC numero de pernos. G C peso del bloque de roca. 8 C coeficiente de seuridad, comprendido entre 7.? y =. < C fuerza vertical que es capaz de soportar un perno. En el caso del anclaje del bloque de roca ilustrado en la fi. =.<, el numero de pernos que es necesario colocar estar definido por la e'presión4

N=

.

.

.

En este caso4 F C n(mero de pernos, colocados con una inclinación H IJK. G C peso del bloque de roca. 8 C coeficiente de seuridad, comprendido entre 7.? y =.  C !nulo de fricción en la superficie superf icie de la junta, de inclinación M. # C cohesión en la superficie de la junta de inclinación M. < C fuerza vertical que puede soportar un perno. ! C lonitud de la junta afectada por el deslizamiento. En las aplicaciones reales resulta mucho m%s efectivo que aplicar estas e'presiones, utilizar un prorama de ordenador que permite realizar c%lculos, m%s complejos y realistas, con mayor rapidez y eficiencia.

Pernos en terrenos plastificados. El perno en terrenos plastificados es preciso hacer una distinción sobre su espesor en torno a la e'cavación que se desea sostener. La mayor parte de las veces el espesor de lo terrenos que plastifican, como consecuencia del reajuste tensional que siue a una e'cavación, es inferior a ; m. En estas circunstancias, que se ilustra en la 8i.?. Este puede ser considerado como un caso particular de la suspensión de un nivel rocoso a otro m%s resistente que se ha tratado en el apartado anterior.

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8i. ? pernos en terrenos moderadamente plastificados. La cara que es capaz de admitir un perno est% limitada por el valor de la fuerza a'ial que es capaz de soportar la barra del perno y por la fuerza de soportar de barra del perno y por la fuerza de adherencia que se enera entre la unión del perno con el terreno. La fuerza a'ial. 8!, que puede soportar la barra del perno se calcula f%cilmente por la e'presión4

FA =

.

.A

5onde4 5 C di%metro del perno. N! C resistencia especifica del acero. En los casos normales de construcción, con un límite el%stico de ?--&9a, el límite de rotura se alcanza para un valor apro'imado de NO C C ?-- &9a. En estas circunstancias un perno de ;? mm de di%metro soportara una un a fuerza a la rotura de unas ;A.A ;A .A t. La fuerza de adherencia, 8@, que se puede conseuir en un perno de anclaje repartido se calcula por la e'presión4

Ft = !.".#.t 5onde4 5 C di%metro del perno. L C lonitud anclada del perno. t C adherencia del perno al terreno. Si admitimos que la interfaz bulón*terreno tiene una cohesión c y un %nulo de rozamiento , la tensión tanencial, t, que podr% enerarse, admitiendo un comportamiento de &ohr* #oulomb, valdr%4

t = c $ .t%& 5onde N ser% la tensión circunferencial que se enera en el terreno tras la apertura de la e'cavación, supuesto que los pernos est%n colocados radialmente. Si el terreno al plastificar est% en condiciones residuales, lo cual sinifica que ha tanencial que podr% soportar el perno valdr%4

t = .t%& Esta e'presión indica que en un terreno plastificado que ha perdido su cohesión se puede conseuir una adherencia perno*terreno, esto supone que, para aotar la capacidad de resistencia de la barra del perno, la lonitud de anclaje tendr% que ser mayor cuando el perno esta anclado en un terreno que plastifique intensamente.

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En la fi. A se ilustra el efecto de los pernos en un terreno intensamente plastificado, que se concreta en forma un arco de roca plastificado alrededor de la e'cavación. 8iura A. 9ernos en un terreno intensamente plastificado.

En el momento actual, la mejor forma de calcular las caras a las que est%n sometidos los pernos de sostenimiento es mediante un an%lisis tenso*deformación mediante un modelo de elementos finitos. 9ara que los c%lculos se acerquen lo m%'imo posible a la realidad, es necesario que los proramas de c%lculo incorporen elementos estructurales que puedan simular lo m%s fielmente posible la interacción entre el perno y el terreno. 8iura . Oiidez tanencial y a'ial de un perno.

9ara calcular la riidez a'ial, + a, se puede utilizar la e'presión4

' a =

. .

5onde4 E b C modulo de elasticidad de la barra de acero del perno. 5 C di%metro del perno. L C lonitud del perno. 9or otro lado, la riidez tanencial + b puede obtenerse mediante ensayos a tracción in situ sobre pernos cortos, tal como se indica en el epírafe >.>.7.; ya que se cumple que 4

F( = ) b.*a.# 5onde4 8@ C fuerza de adherencia del perno. Pa C desplazamiento del perno hasta deslizar. L C lonitud del perno. En el momento actual con los c%lculos tenso*deformacionales se obtiene una información razonable, en la mayoría de los casos pr%cticos, sobre la distribución de las caras en los pernos de sostenimiento.

Co+porta+iento de los pernos so+etidos a despla,a+ientos cortantes. Dabitualmente se considera que los pernos sostenimiento est%n sometidos b%sicamente a esfuerzos a'iales: pero en los terrenos estratificados y resistentes, con un réimen elevado

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de presiones, esto no es así y, de hecho, los mayores desplazamientos se producen en dirección de las discontinuidades produciendo un efecto de corte muy acusado. En la fi. 7- se ilustra el proceso de cara de un perno sometido a desplazamiento cortantes, cuyo mecanismo est% reido por la acumulación del desplazamiento en el contacto entre el perno y la discontinuidad, que produce un efecto cizalla. En este caso solo una peque$a parte de la lonitud del perno se muestra activa durante el proceso de cara.

(ecnolo%-a de anclaje. En perno esta constituido por un elemento resistente, solidarizado al terreno por un sistema de anclajes y por una placa de reparto. En los apartados siuientes se presentan las características tecnolóicas de los elementos de los pernos actualmente disponibles.

iste+a de anclajes. @radicionalmente los pernos se han clasificado en función de que su anclaje al terreno se materializara en un e'tremo, anclaje puntual, o a lo laro de toda la barra del perno, anclaje repartido. Es lóico clasificar los sistemas de anclajes se(n el mecanismo en el que se fundamentan adherencia y fricción.

Anclajes por fricción. Pna característica com(n a los anclajes por adherencia, ya sea con resina o cemento , es que le perno anclado tiene una riidez muy superior a la del terreno circundante. Esto puede plantear serios problemas, lleando a producirse la rotura del perno, si la e'cavación debe sufrir una plastificación importante como consecuencia del reajuste tensional, después de colocados los pernos. Los anclados por fricción, también denominados mec%nicos, minimizan este problemas, aunque también tienen inconvenientes, tal y como se describen en los apartados siuientes.

anclajes con ele/ada presión de contacto. ! este tipo pertenecen los primitivos pernos de anclaje puntual en el cual el anclaje tal como se conseuía a base de e'pandir unas piezas met%licas que penetraban en el terreno. Este siue siendo el anclaje que m%s se utiliza a escala mundial, pero sus aplicaciones se restrinen e'clusivamente a la minería y es muy poco usado en la obra civil. Las cabezas de anclajes actualmente comercializadas difícilmente aseuran m%s de ;- t de fuerza a'ial y su di%metro es del orden de =? mm. &ientras que el di%metro de la barra del perno suele estar comprendido entre 7A y ;? mm.

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Es un sistema de anclaje muy barato, totalmente mecanizable en su colocación y que presenta la ran ventaja de la lata deformación que es capaz de asumir antes de la rotura, que es dl orden del 7>Q y se corresponde con la del acero de la barra del perno que no tiene restricciones en toda su lonitud. En cuanto a sus limitaciones hay que se$alar el bajo nivel de fuerza a'ial que puede soportar, la ran sensibilidad de la calidad del anclaje al di%metro de perforación y la importancia perdida de cara que se produce al poco tiempo de colocados, debido, sobre todo, al efecto de las vibraciones.

Anclajes con baja presión de contacto. Los anclajes de baja presión de contacto son una eneralización de los anclajes mec%nicos al anclaje repartido y. en el momento actual, est%n representados por los pernos tipo Split* set y S)elle'. !mbos tienen en com(n la particularidad de trabajar por fricción, lo cual les permite mantener la cara m%'ima con unos desplazamientos muy importantes.

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Pernos plit set: "0FINICI1N "0 P02N1 P#I( 0( @ambién llamados “tubos estabilizadores de fricción” . Estos elementos de sostenimiento trabajan a lo laro del tubo por fricción cuando son introducidos en un taladro de menor di%metro.

8iura4 &odelo de anclaje del Split set.

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&odelo de anclaje del Split set.

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0P0CIFICACI1N0 (0CNICA

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(IP1 "0 3ACI41 21C11 0N #1 C*A#0 P*0"0N 02 IN(A#A"1

(ipos de plit set: 0stabili,adores 566 0specificaciones 7 el rendi+iento El estabilizador Split Set es un tubo de acero con ranuras, con un e'tremo cónico para facilitar la inserción en un taladro aujero. El otro e'tremo tiene una brida de anillo soldado al mantener la placa de apoyo. El estabilizador se inserta en un aujero poco m%s peque$as en di%metro que el tubo, usando una simple herramienta de conductor montado en el taladro. ! medida que el tubo entra, su de di%metro se comprime y se parte de la ranura se cierra. Esto ejerce una fuerza

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radial a lo laro de contacto con la roca, proporcionando la fricción que tiene el roc+ junto. La fuerza motriz de la fresa activa las caras de la placa de apoyo contra la roca. 0stablece 2ollfor+s8plit Internacional cuentan con un patentado 9Indeación 2in%9 feature.(his per+ite

Para deter+inar la duración de un conjunto de plit instalado. @ubos y placas est%ndar est%n disponibles o alvanizado, realizadas de conformidad con !S@& 8 >=;*R? en su caso. Estampados códio en el tubo de mostrar su tama$o, fecha y luar de fabricación, y mucho calor de acero

0stabili,adores 56;

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0stabili,adores 5<

F123A A"0C*A"A "0 IN(A#ACI>N  5efinir si ser% sistem%tico o puntual IocasionalK la instalación.  Tentilar y desatar la zona a sostener.  &arcar la ubicación de los pernos. 9erforar el taladro Isiempre debe ser un poco m%s laro que la lonitud del Split set.

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 6ntroducir el Split set con la ranura hacia abajo, colocar el adaptador IculatinK y empujar con la m%quina perforadora. @ener en cuenta que la maquina tiene que estar alienado completamente con el Split set.

C1NI"02ACI1N0 "0 0?*2I"A":  @aladro perforado, Split set instalado Ino acumular taladrosK.  El desatado es continuo, debido que la m%quina perforadora produce vibración el cual puede causar desprendimiento de rocas.  La dirección de los pernos Split set deber%n ser perpendiculares a la caja que se desea sostener.  Solamente personal entrenado est% en la capacidad de instalar este tipo de pernos.

F123A INC1220C(A @ C1220C(A "0 IN(A#A2 *N P02N1 P#I( 0(: Pri+er caso:

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e%undo caso:

(ercer caso:

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Cuarto caso:

uinto caso:

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C*AN"1 N1 *(I#I4A2 *N P02N1 P#I( 0(:  En rocas intensamente fracturadas o macizos rocosos malos Itipo 6TK.

 En zonas donde e'iste auas acidas, el cual corroería el Split set r%pidamente.

 En zonas donde e'iste cu$as de ran peso Ien dicho casos se recomiendan pernos helicoidalesK.

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3B(1"1 PA2A "0(023INA2 #A #1N?I(*" "0 *N P02N1: E'isten muchos criterios para saber la lonitud adecuada del perno Split que debería usar en la labor minera. !lunas de ellas la citamos a continuación. !K * la profundidad de las capas IUK a soportar, lonitud del perno ILK C U V .? m a 7.- m a =,-

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C1NI"02ACI1N0 (0CNICA:  Son utilizados eneralmente de uso temporal.  Son considerados sostenimientos de tipo !ctivo Itrabajan inmediatamente después de instalarlos en el macizo rocoso.  La diferencia de di%metro entre el Split set y el taladro es i+portante. Si es menor, el Split set no trabajara adecuadamente, si es mayor, el Split set puede doblarse en el momento de la instalación.

20C130N"ACI1N0 ?0130CNICA DI(03(IC1 @ P*N(*A#E: En esta sección se e'plicara cómo aplicar las distintas recomendaciones eomec%nicos4

P#I( 0( I(03A(IC1: Se distribuyen los pernos Split set a una distancia determinada se(n la recomendación del 5pto. de Xeomec%nicos. !l realizar esta pr%ctica se enera el 1efecto de arco2 en el macizo rocoso.

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@ener en cuenta si al pintar la ubicación del perno cae en una fractura, se deber% mover a una zona m%s adecuada.

0isten dos for+as de distribución siste+tica: !K (ipo 2o+bo:

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P#I( 0( P*N(*A# 1 1CAI1NA#: Se colocara Split set solamente donde se requiere. Xeneralmente para sostener cu$as o bloques de rocas.

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Gentajas de *sar el conjunto de plit H Fricción 2oc) estabili,ador •

6nstalación r%pida y sencilla. reduce los costos de pernos

•

!poyo ceden

•

!poyo inmediato

•

&antiene el apoyo, incluso si la placa de asiento es derribado

•

9robado por millones de instalaciones

•

Sin mezcla, sin presurización

•

La inspección visual

•

&antiene la presión de la placa

•

Fo se necesita equipo especial

•

Fo apriete o volver a apretar

•

#aras de compresión en la roca

•

!umenta el aarre con los cambios de roc+

•

!poyo activo a'iales y radiales

•

La concentración de tensión mínima

•

5ise$o sencillo

•

5e acero liso, alvanizado o acero ino'idable

•

Efectiva en cualquier %nulo

•

Gon.t aujero sobreesfuerzo

•

!sistencia técnica por personal e'perimentado

•

&alla de una instalación m%s f%cil

•

Pn est%ndar mundial de calidad

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•

Fo hay límites de vida (til

Pernos elle El S)elle' es un tipo de perno de anclaje que fortalece la masa de roca a través de una combinación de la fricción y el enclavamiento mec%nico en la interface roca*perno. El uso de la S)elle' ha crecido r%pidamente en un %mbito en todo el mundo durante los (ltimos a$os, no sólo en rocas duras Ide alta resistencia y deformación de alto móduloK, sino también en las rocas blandas Ide baja resistencia y módulo de deformación bajoK.

P2INCIPI1 "0 (2AJAK1 9ernos de anclaje S)elle' fueron introducidas por !tlas #opco en la década de 7R- IGij+ y S+ober, 7R;K. El perno S)elle' est% hecho de un tubo de acero doblado de pared delada. Los bujes se presionan sobre los dos e'tremos del tornillo, que lueo son sellados mediante soldadura. El casquillo inferior tiene un peque$o aujero a través del cual el aua se inyecta en el tornillo, en de alta presión para ampliar el perno. 5urante el proceso de e'pansión, el perno S)elle' comprime la roca que rodea el aujero y se adapta a su forma para adaptarse a las irreularidades del pozo, ver 8iura 7. 5espués de la instalación se lleva a cabo el perno en el aujero por el estrés de contacto entre el perno y la perforación debido a la recuperación el%stica del material de la roca, así como el enclavamiento mec%nico debido a la ruosidad del pozo IStillbor, 7RR>K.

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8iura 7. 5ibujos que ilustran el perno S)ellle' y la interacción entre la roca y el perno S)elle'4 IaK El perno S)elle' se coloca en el aujero, IbK El perno se e'pande en aua a alta presión, IcK La presión del aua es liberada y el a los contratos de roc+, ofreciendo así el efecto de bloqueo S)elle'. 5espués de Stillbor I7RR>K. El efecto de refuerzo de los pernos S)elle' puede ser representado por su resistencia al arrancamiento, 8pull, e'presada como la cara de la retirada por metro. El fallo de la unión entre el roc+ y el perno S)elle' es en forma de deslizamiento a lo laro de las asperezas en la pared del pozo, y 0 o en forma de rotura de las asperezas. La resistencia al arrancamiento se e'presa eneralmente como4

5onde Of se refiere a la resistencia a la fricción en la interface roca*perno, y S a la fuerza total de las asperezas desprenda. E'presión I7K sinifica que la resistencia al arrancamiento 8traccion es el m%s peque$o entre los Of y S. Los términos Of y S se puede e'presar, respectivamente, como4

y

5onde d C di%metro de la perforación, q7 C la tensión de contacto principal en la interface roca*perno, creado por la instalación, q; C la tensión de contacto secundario, inducido por el bloqueo mec%nico, Y C %nulo de fricción entre la roca y el perno, i C la ruosidad Io dilataciónK el %nulo de la pared del pozo, Z C la resistencia al corte de la roca, ! C el %rea total de todos cortados por encima asperezas.

CA2AC(02L(ICA "0# I(03A W0##0M:

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8iura características de los pernos S)elle' I!tlas copcoK

#A 0MPANI>N "0# W0##0M 0N #A P02F12ACI1N #on el fin de lorar un refuerzo efectivo el perno S)elle' debe cumplir dos requisitos4 en primer luar, un esfuerzo de contacto principal debe establecerse entre la pared del pozo y el perno, en seundo luar, el perno debe ajustarse plenamente a las irreularidades en la pared del pozo después de la e'pansión. El primer requisito es para mejorar el anclaje de fricción del tornillo, mientras que el seundo es lorar un enclavamiento mec%nico. La tensión de contacto principal se construye debido a la diferencia entre la riidez del perno y la del pozo. !l considerar la recuperación el%stica del pozo, así como la del tubo del perno, la e'presión de la tensión del contacto en la pared del pozo se obtiene como ID[+ansson y Li, 7RRK4

5onde \ C la riidez radial del perno, \f C la riidez radial del anillo de tubo, \b C la riidez de la lenua S)elle' Iver 8iura ;K. Es una función del rado de e'pansión de la saeta. \r C la riidez de la roca, q7 C la tensión de contacto principal en la interface roca*perno, 9pm C la presión m%'ima de la bomba, 9i C presión del pozo, es decir, la presión sobre

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la pared del pozo durante la instalación del perno, t C espesor del tubo de tornillo, ri C radio del pozo, Es C el módulo de ]oun del acero, Er C el módulo de ]oun para el roc+, ^s C la relación de 9oisson para el acero, ^r C relación de 9oisson para el roca. E'presión I>K sinifica que la tensión de contacto primario en la pared del pozo es una función de la riidez de la roca y la de los pernos S)elle'. La riidez de la S)elle' depende de la lonitud de la lenua perno, una lenua corta que resulta en una alta riidez. 9or lo tanto, el _7 de esfuerzo de contacto primario es también una función del rado de e'pansión. 8iura =.

8iura ;. La relación entre el coeficiente de riidez \b y la lonitud de la lenua S)elle'.

8iura =. @ensión de contacto primario en comparación con la e'pansión del perno Super S)elle'. Talores de los par%metros utilizados para el c%lculo4 E sC ;7- X9a, E r C 7- X9a, P pmC =- &9a, P iC 7? &9a. &uestra un ejemplo que ilustra la relación entre la tensión de contacto y la lonitud de la lenua.

2endi+iento en las rocas duras 7 blandas La tensión de contacto primario depende el módulo de ]oun de la roca en roca dura, pero en rocas blandas que depende tanto el módulo de ]oun y la fuerza de la roca, ya que ceder puede ocurrir en un %rea limitada alrededor del pozo durante la instalación. ! modo de ejemplo, la 8iura > se muestra la solución teórica de la tensión de contacto primario

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cuando el módulo de ]oun de la roca es variable. En los c%lculos, se supone que el módulo de ]oun se refiere a la resistencia a la compresión unia'ial Ien rocas blandasK por Er C -Nc7.> I!ydan et al., 7RR?K. Los principales incrementos de esfuerzo de contacto con el módulo de ]oun en rocas blandas, mientras que en rocas duras que disminuye. Se puede observar que se encuentra en rocas relativamente blandas que las altas tensiones de contacto primario se alcanzan. #omo se dijo antes, el anclaje de los pernos de anclaje S)elle' se lora mediante una combinación de la fricción y el enclavamiento mec%nico entre la pared del pozo y el perno. En rocas blandas las asperezas en la pared de sondeos son aplastados durante la instalación del perno o desprenda después, cuando se producen movimientos relativos entre el pozo y el perno. Esto sinifica que el enclavamiento mec%nico que hace sólo una peque$a contribución para el anclaje de

8iura >. @ensión de contacto primario en comparación con el módulo de ]oun de la roca en roca dura. Talores de los par%metros utilizados en los c%lculos para el Super S)elle'4 5C?> mm, tC= mm, b C 7- mm, E s C ;7- X9a, ^ s C -.=, ^r C -.;, P pm C =- &9a, P i C 7? &9a, Y C =-o. El perno, pero es la fricción que desempe$a el papel principal en este caso. La fricción es directamente proporcional a la tensión de contacto primario en la pared del pozo. 9or lo tanto, la tensión de contacto primario es de vital importancia para mejorar el anclaje de los pernos S)elle' en rocas blandas. En rocas duras, sin embaro, las asperezas en la pared del pozo estén cortados con ran dificultad, y por lo tanto el enclavamiento mec%nico desempe$a un papel importante en el anclaje. Se puede observar en la 8iura > que la tensión de contacto principal es bajo en rocas duras. ! la tensión de contacto secundaria tiene que ser proporcionada con el fin de mejorar el anclaje de los tornillos. Esta tensión de contacto secundario se lora cuando el tornillo tiende a deslizarse sobre las asperezas de la pared del pozo, en rocas duras. Suponamos que la ruosidad Io dilataciónK el %nulo de la pared del pozo i, véase la 8iura ?. La contracción radial, u, del tubo de tornillo est% relacionado con el movimiento a'ial de los pernos, ', de la siuiente manera4

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8iura ?. Pna ilustración esquem%tica que muestra el enclavamiento mec%nico entre la pared del pozo y el perno S)elle'. 9or otro lado, se sabe de la teoría de la elasticidad que la contracción radial del perno dar% luar a una tensión resistente radial, es decir, la tensión de contacto secundario, q;. La relación entre el desplazamiento radial y la tensión de contacto secundario viene dada por4 La combinación de las dos e'presiones anteriores, se obtiene la e'presión para la _; como4 Echemos un vistazo a la contribución de la ruosidad de la pared del pozo a la tensión de contacto secundario con un ejemplo. Suponamos que un S(per S)elle' perno se instala en un pozo con la ri C radio de ;> mm. El %nulo de la ruosidad de la pared del pozo se supone que es i C 7J. El c%lculo utilizando e'presión IK muestra que el esfuerzo de contacto q; secundaria puede ser de hasta -,R &9a sólo con un movimiento a'ial relativo de 7 mm entre el perno y la pared. La fiura A ilustra la relación entre la tensión de contacto secundario, el %nulo de la ruosidad de la pared, y el di%metro de la perforación. Se puede concluir que, en rocas duras no es la tensión de contacto primario, pero la tensión de contacto secundario, que domina la capacidad de anclaje del perno S)elle'. 9or esta razón, la pared del pozo debe ser duro lo suficiente como para inducir una tensión de contacto secundaria, siempre y cuando el tornillo est% sometido a una cara a'ial retirada.

8iura A. @ensión de contacto secundaria en comparación con el di%metro de la perforación en %nulo diferente ruosidad durante un movimiento de 7 mm a'ial del perno S)elle'.

CA2?A IN5I(*.

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La cara ejercida sobre los pernos de roca in*situ es causado por deformación de las rocas. La distribución de la tensión de corte y también la cara de tracción a'ial a lo laro de toda la lonitud del perno de anclaje se puede calcular sobre la base de la deformación de las rocas ILi y Stillbor, 7RRK. El proceso de cara es la misma para todos los tipos de pernos de anclaje, pero la característica del perno S)elle' es que el esfuerzo cortante en el perno se puede mantener en el nivel de la resistencia al corte final cuando se activa de deslizamiento en la interface roca*perno. En esta etapa la capacidad de anclaje m%'imo del perno S)elle' se alcanza. #omo se ilustra en la 8iura , el esfuerzo cortante en el perno se dirie hacia la pared del t(nel en la parte cercana a la pared, mientras se dirie hacia la dirección opuesta en la parte situada m%s al interior de la roca. La cara m%'ima de tracción a'ial en el perno se produce en el punto neutro donde el esfuerzo cortante en el perno es cero. Es la lonitud de anclaje del tornillo que determina la cara a'ial m%'ima. #uando la deformación de las rocas es lo suficientemente rande, deslizamiento puede ocurrir en la sección de anclaje del perno, es decir, a lo laro de la lonitud de anclaje del perno.

8iura . Pn dibujo que ilustra el esfuerzo cortante y la cara de tracción a'ial a lo laro del perno S)elle' con una placa de la cara, que corresponde a la capacidad de anclaje m%'imo del tornillo.

CAPACI"A" En contraste con los tipos tradicionales de tornillos, una cantidad limitada de movimiento de deslizamiento en la pared del pozo no tiene el anclaje de los pernos S)elle' no, pero por el contrario, puede activar la capacidad de cara completa del perno. La evidencia de esta afirmación se muestra en la retirada pruebas en el (ltimo nido de cara del perno S)elle' se mantiene constante, incluso después de un desplazamiento laro. En este caso la resistencia al corte de la interfaz de perno de anclaje se moviliza a lo laro de toda la lonitud del perno. Esta característica del perno S)elle', lo que sinifica que puede tolerar un desplazamiento laro, sin pérdida de su compa$ero en (ltima capacidad de cara, lo hace (nico en la estabilización de las masas de roca con randes deformaciones. El óptimo desempe$o del perno S)elle' debe ser que el perno de diapositivas, en luar de las rupturas, en el caso de deformación de las rocas de ran tama$o. Esta actuación e'ie que la lonitud de anclaje del perno tiene un límite que depende de la resistencia de la unión, por lo tanto la tensión de contacto total, en la interface roca*perno. En el caso de que las asperezas en la pared del pozo no estén cortados, e'iste un criterio eneral para determinar la lonitud de anclaje del perno es4 &a'. Oetirada de la cara en el perno `Oesistencia a la tracción del perno es decir,

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5onde el par%metro l representa la lonitud de anclaje del tornillo, ver 8iura . En rocas blandas, la ruosidad de la pared del pozo, así como la tensión de contacto secundario se puede suponer que es cero, es decir, i C - y q; C -. !sí, la lonitud de anclaje se obtiene de la e'presión IK como4

En rocas duras que se obtiene suponiendo que q7  -4 o El estrés y el %nulo de la ruosidad de la lonitud de anclaje a través de un ejemplo relacionado con el S(per S)elle'. La cara de rotura mínima del S)elle' S(per @ C ;-+F. Suponamos que nulo de fricción4 Y C =?  5i%metro de la perforación4 d C > mm - &9a Icalculado mediante la ecuación de \K En la roca blanda, la lonitud de anclaje del perno, e'presada por IRK, se ilustra en la 8iura a frente a la tensión de contacto primario. 9ara una tensión de contacto primario de 7 &9a, una lonitud de anclaje de unos ; m puede arantizar hacer uso de la capacidad m%'ima de anclaje del perno. En el roca dura, la lonitud de anclaje del perno, e'presada por I7-K, se ilustra en la 8iura b en función del %nulo de ruosidad de la pared de sondeos. 9ara un %nulo de ruosidad de ?.?J, una lonitud de anclaje de alrededor de 7,; m es suficiente para hacer uso de la capacidad m%'ima de anclaje de la S(per S)elle'. La perforación neum%tica puede hacer f%cilmente una pared del pozo muy dura, en rocas duras. Esto se demostró mediante una prueba de campo en la retirada de ranito. En la prueba, la resistencia a la tracción de la S(per S)elle' se lleó a una lonitud de anclaje de -,? m. Se ve en la fiura b que el %nulo de la ruosidad de la pared del pozo es de unos J que corresponde a una lonitud de anclaje de -,? m si la tensión de contacto principal es descuidado.

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8iura . Ejemplos que muestran el límite de la lonitud de anclaje de los pernos Super S)elle' con relación a la tensión de contacto principal en rocas blandas, y con el %nulo de ruosidad i en la pared del pozo, en rocas duras. Talores de los par%metros utilizados para el c%lculo4 d C > mm, t C = mm, ' C 7 mm, Y C =? J, @ C ;-- +F. Los dos diaramas en la fiura  son para propósitos de demostración. La mejor manera de determinar la lonitud de anclaje del perno, la tensión de contacto primario, así como la ruosidad del pozo es llevar a cabo el campo de e'tracción de pruebas.

G0N(AKA "0 *(I#I4A2#1 • • • • • • • •

Oapidez de instalación. Seuridad, ya que de forma inmediata conseuimos el efecto de sostenimiento. 8uncionamiento pr%cticamente perfecto, con ran variedad de terrenos. 6nstalación simple y cómoda. 9rotección del medio ambiente. 6nsensibles a las vibraciones de las voladuras. !mplio rano de aplicación. #ontrol de la calidad del anclaje muy f%cil, mediante un ensayo no destructivo.

INC1NG0NI0N(0 "0 *(I#I4ACI>N Oelativamente costoso. Oequiere una bomba de instalación. 9rotección de corrosión requerida para la instalación a laro plazo. • • •

(IP1 "0 W0##0M !ctualmente I;--?K se comercializan siete tipos de bulones S)elle'4 el S)elle' &n7;, el S)elle' &n;>, el S)elle' 9lasticoated, el S)elle' &n7A, el S)elle' &n;># conectable, el S)elle' &n;>D y el S)elle' Díbrido. E'isten dos modelos que a su vez se clasifican en tres tipos4 (IP1 W0##0M4 •

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7a. ES@!F5!O. 7b. &656. 7c. SP9EO. @IP1 W0##0M "0 3AN?AN01 ;a. &n 7;. ;b. &n 7A. ;c. &n ;>. •

(IP1 W0##0M LJ2I"1

Co+paración de un perno ideal 7 un bulón elle

PA230(21 "0 0#0CCI>N "0 #1 P02N1.

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6. SEXF L3FX6@P5ES Se dispone de una amplia ama de lonitudes4 el Estándar Swellex se suministra en lonitudes que van de -,R- m hasta R,-- m el Super Swellex de 7,- m hasta 7; m, apro'imadamente de =- en =- cm. por (ltimo debemos conocer que se ha dise$ado recientemente otro tipo de bulón S)elle' conectable, que permite conseuir las lonitudes de bulón que se deseen. -,A  A m. S)elle' &n7; 7,  A m. S)elle' &n;> 7,  A m. S)elle' &n7A &%' ;- m. S)elle' &n;> #onectable • • •

• • • •

66. SEXF #!O!#@EOS@6#!S 5EL @EOOEF3. Si la roca e'ie una capacidad de sostenimiento mayor4 S)elle' &n ;> 9ara rocas intermedias4 S)elle' &n 7A. Oocas • • •

•

#on un valor relativamente bajo de O&O S)elle' &n;>

666. SEXF L! #!OX! 7-- +F S)elle' &n7; ;-- +F S)elle' &n;> 7A- +F S)elle' &n7A • • •

6T. SEXF L!S 9O396E5!5ES 5E L3S tienen una capacidad típica de alaramiento del =Q, esto es, el bulón al alcanzar el límite de tracción se deforma para acomodar randes movimientos de roca. •

•

•

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T. SEXF #!O!#@EOS@6#!S @g#F6#!S 5E L! 3D 9ara t(neles, alerías de mina, y taludes4 S)elle' &n7;. Sostenimiento de roca en obra civil It(nelesK y minería S)elle' 9lasticoated I&n7;, &n7A, &n;>K ∗ 1 Plasticoated es un compuesto que permite revestir los bulones • • •

Swellex, haciéndolos resistentes a álcalis, ácidos, asolina ! aceites, es de color ' nero, tiene una densidad de "#$ %&cm , ! un espesor de revestimiento de ()) Om” •

• •

•

9ara t(neles, alerías y taludes que requieran mayor capacidad de sostenimiento o donde e'istan riesos de caída de randes bloques de roca S)elle' &n;> 9ara "umbos de perforación de alto rendimiento. #omo sustituto del cable en minería, en t(neles o alerías de mina de altura limitada S)elle' &n;> #onectable 9ara realizar sujeciones previas en las obras.

T6. 56&E@O3 9@6&3 5E @!L!5O3 para = mm s)elle' &n 7; =?  = mm. S)elle' &n7; >?  ?7 mm. S)elle' &n;> >?  ?7 mm. S)elle' &n7A • • • •

ACC012I1 N0C0A2I1 PA2A I(03A W0##0M P#ACA "0 20PA2(1 La placa est% dise$ada para distribuir la tensión que soporta el bulón en la superficie de la roca. Sus especificaciones son las siuientes4

Su parte central abovedada, permite cierta fle'ibilidad para bulones no colocados perpendicularmente al hastial, sino con cierta inclinación, como se refleja en la fiura adjunta.

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A2AN"0#A PA2A (0#A 30(#ICA 9ermiten la colocación de telas met%licas en bulones S)elle' ya instalados. Su capacidad de cara es de 7; +F. E'isten dos tipos4 cuadradas I7?- ' 7?- mmK tanto para Est%ndar S)elle' como para Super S)elle' y circulares de 7-- mm de di%metro, para Est%ndar S)elle'. @ambién se puede instalar f%cilmente y en cualquier momento la tela met%lica Ifiura 7?K a partir de bulones previamente instalados. La tela met%lica quedaría sujeta por las arandelas que se colocan a presión sobre el casquillo inferior del bulón sin tener que realizar taladros adicionales.

6nstalación de telas met%licas I!tlas #opcoK

0NA@1 A (2ACCI>N Equipo para efectuar las pruebas de resistencia a tracción consiste en unas mordazas que se acoplan f%cilmente al casquillo inferior del bulón, un tubo de separación entre la roca y el ato, una barra de tiro y un ato hidr%ulico con bomba y manómetro. 9ermite realizar ensayos a tracción tanto destructivos como no destructivos. El equipo para realizar las pruebas a tracción de los pernos S)elle' consta de los siuientes componentes4

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9rincipales componentes.

A. *nidad de 0tracción J. ?ato C. Cadena de se%uridad ". #ati%uillo 0. 3anó+etro F. Jo+ba ?. 3anecilla

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Se pueden realizar dos tipos de ensayos con los bulones S)elle', cada uno de los cuales tiene un diferente objetivo4 0nsa7o a tracción destructi/o: se realiza para determinar la resistencia a la e'tracción Itensión de roturaK de un bulón instalado. •

•

0nsa7o a tracción no destructi/o: se realiza para determinar el efecto de anclaje de un bulón instalado. Este ensayo se realiza a menudo tras un periodo de tiempo determinado, teniendo en cuenta la influencia de las vibraciones y0o de la presión del macizo rocoso.

AP#ICACI1N0: SEXF @693 5E @EOOEF3 Los bulones S)elle' tienen un amplio rano de aplicación en los diferentes tipos de roca. 9ueden utilizarse tanto en roca dura como en roca blanda o fisurada. 9ueden utilizarse tanto en roca dura como en roca blanda o fisurada. #uando los bulones S)elle' se instalan en roca muy fisurada las tensiones radiales incrementan las fuerzas de contacto entre los bloques de roca que rodean al bulón, provocando un incremento en la resistencia de la masa rocosa. En terrenos plastificados. Los S)elle' proporcionan una consolidación inmediata alrededor del mismo, produciendo un aumento en la resistencia del material, y una mejor capacidad de sostenimiento del terreno. !l producirse la compactación del terreno, los bulones conforman un arco portante y en conjunto constituyen una bóveda de sostenimiento. •

• •

•

Oano de materiales en los que se pueden usar S)elle'.

SEXF #!O!#@EOS@6#!S @g#F6#!S 5E L! 3
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•

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•

Los S)elle' se utilizan también para la estabilización de taludes, tanto las e'istentes en vías ferroviarias, como en carreteras, así como en las bermas de minería a cielo abierto. Si para el sostenimiento se contempla un revestimiento final de hormión se puede emplear el Estándar Swellex. El Estándar Swellex es ideal para los di%metros de = mm, que es el habitual en los equipos de empernado. Si las características tensiónales de la roca e'ien una capacidad de sostenimiento mayor o bien se desea reducir la densidad de empernado, entonces es m%s recomendable utilizar el Súper Swellex , que es un bulón de mayor di%metro. El Midi Swellex re(ne unas características de sostenimiento intermedias entre los S)elle' anteriormente mencionados. En ambientes corrosivos los bulones S)elle' revestidos proteidos contra la corrosión y los Swellex de acero ino'idable tienen mayor durabilidad y resistencia. 9or (ltimo est%n los S)elle' híbridos utilizados para mayores capacidades de sostenimiento.

Los pernos S)elle' se fabrican en dos tipos, el Standard S)elle' con chapa de ; mm de espesor y un di%metro antes de ser inflado de ;?.? mm, y el s(per S)elle', que tiene un rosor de chapa de = mm y un di%metro antes de ser inflado de =A mm. #os tandard elle deben colocarse en taladros cuyo di%metro este comprendido entre =; y >= mm: mientras que los S(per S)elle' est%n preparados para ser colocados en taladros cuyo di%metro este comprendido entre =R y ?; mm. 6nicialmente los pernos S)elle' tenían comportamiento e'cesivamente fr%il, por lo que se adaptaban mal a las deformaciones del terreno. La comercialización de los @ieldin% elle, tanto en el tipo Standard como en el S(per, ha resuelto el problema. #os @ieldin% tandard elle consiuen resistir una fuerza a'ial de alo m%s de  t, que se eleva a 7R t en el caso de los ]ieldin S(per S)elle'. !mbos tienen una capacidad muy elevada de deslizar, manteniendo la cara, que, junto con su ran fiabilidad de anclaje, con sus mejores características.

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"efor+abilidad de los siste+as de anclajes: Pno de los problemas m%s importantes que debe afrontar la tecnoloía de los pernos es conseuir que el sistema de anclaje se adapte a la deformación de los terrenos. El comportamiento ideal de un perno seria el elasto*plastico perfecto, de tal forma que tendría una riidez muy elevada, mientras se comporta el%sticamente, y lueo se deforma indefinidamente una vez que se haya alcanzado la m%'ima cara posible. 5esafortunadamente hasta ahora, no se ha conseuido encontrar un perno que soporte una cara elevada y sea, a la vez, capaz de aceptar una deformación importante. 9ara valorar el comportamiento de los pernos uno de los trabajos m%s representativos ha sido realizado por el 5r. En. . perno de acero corrua, de ;- mm de di%metro, anclado con resina. ?. perno de acero corruado de ;- mm de di%metro, anclado en cemento. A. 9erno ]ieldin S(per S)elle'.

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. 9erno de fibra de vidrio de ;; mm de di%metro, anclado con resina.

8iura. #urvas cara* deformación de diferentes tipos de pernos IstillborK, obtenidas en bloques de hormión con A- &9a de resistencia a la compresión.

5el an%lisis de las curvas obtenidas por Stillbor, se pueden e'traer las siuientes4

Conclusiones del %rafico4 !. los pernos Split Set SS=R. ]ieldin Standard S)elle' y de anclaje puntual, acepta una separación de la discontinuidad superior a ?- mm, antes de la rotura, pero la cara que admite es inferior a  t. <. los otros cuatro tipos de pernos admiten caras entre 7 y 7R t: pero su 5eformabilidad es muy diferente, ya que mientras los anclados con resina o cemento se rompen con un desplazamiento de la junta entre ;- y =? mm, los ]ieldin S(per S)elle' llean a 7?-mm. #. la riidez, en réimen el%stico, de todos los pernos es la misma e'cepto en el caso de los pernos de resina poliéster. Esto es consistente con el hecho de que el modulo de elasticidad de la resina poliéster es cuatro veces inferior al del acero. 5e acuerdo con todo lo anterior, desde un punto de vista pr%ctico, los pernos m%s interesantes si el terreno se comporta cuasi*el%sticamente ser%n de acero anclados con

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resina o cemento. 9or el contrario, si el terreno sufre fuerte plastificación después de la e'cavación del t(nel, los pernos tipo ]ieldin S(per S)elle' aparecen como m%s ventajosos.

0lección del tipo de perno: Los par%metros que condicionan la elección del tipo de perno que se debe utilizar en una obra son muy variados y, en muchas ocasiones, la decisión se orienta simplemente hacia el m%s económico. !ctuando con rior, la elección del tipo de perno que debe utilizarse en una obra determinada debería estar condicionada por las e'iencias que el terreno impone al perno y, los pernos que cumplieran los requisitos técnicos necesarios, se deberían emplear los m%s económicos. #on el objeto de tener una visión de conjunto del comportamiento de los pernos, en la @abla 7 se han clasificado todos ellos en función de los criterios que se consideran de m%s utilidad. Salvo en el caso de la lonitud m%'ima de los pernos que resulta operativa, que se ha indicado en metros, en todos los casos la puntuación m%s pró'ima a 7- supone el mejor comportamiento y la m%s pró'ima a - el peor. La primera conclusión que se puede e'traerse al observar la tabla 7 es que no e'iste un tipo de perno que sea el mejor en todas las cas condiciones consideradas y que todos los tipos de pernos tienen al(n comportamiento que puede ser clasificado de e'celente. IK Ptilizando pernos de acero ino'idables o revestidos. Salvo que se indiquen unidades, el 7- sinifica óptimo y las cifras decrecientes suponen menor cualidad.

Control del perno: El control de la calidad del perno debe orientarse b%sicamente hacia el control de la calidad del anclaje y, en menor medida sobre el nivel de cara que asumen los pernos colocados en el t(nel.

Control de la calidad del anclaje. El control de la calidad del anclaje debe centrarse en comprobar la fuerza a'ial que puede soportar el perno, la adherencia entre el perno y el terreno y la lonitud de anclaje efectivo, en los de anclaje repartido.

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Fuer,a aial que resiste e l anclaje La comprobaci! "# la $%#r&a a'ia( )%# r#*i*+# # l a!c(a,# #* %! #!*a)%# .a *i"o !orma(i&a"o por la Soci#"a" I!+#r!acio!a( "# M#c/!ica "# Roca* )%# #! #*#!cia co!*i*+# #! *om#+#r a %! b%#! a!c(a"o a %!a cara a'ia( pr#"#+#rmi!a"a m#"ia!+# #( "i*po*i+io )%# *# i(%*+ra #! la %ra 23 #( proc#"imi#!+o !orma "# #!*a-o *%po!# ir i!cr#m#!+a!"o la $%#r&a a'ia( "# +racci! a i!+#ra lo* r#%(ar#* .a*+a a(ca!&ar # l lmi+# ,a"o pr#iam#!+# - co!*+a+ar )%# *# #*+ab(#c# %! #)%i(ibrio #! # )%# *# ma!+i#!# a $%#r&a ap(ica"a - # p#r!o !o "#*(i&a El "i*po*i+io "# #!*a-o #* r# a(m#!+# *impl# - !o o$r#c# m/* "ic%(+a"#* )%# "i*po!#r "# lo* *i*+#ma* para ap(icar a $%#r&a "# +racci! #! # l #'+r#mo libr# "#l p#r!o )%# #! # l ca*o "# )%# #*+# !o #*+ co!*+i+%i"o por %!a barra "# ac#ro ro*ca"a "#b# *#r #*p#cia(m#!+# "i*#a"o para ca"a ca*o

Casos aplicados: Sistema de sostenimiento en la mina San Vicente

P#r!o* "# a!c(a,#* !o "# lo* m+o"o* m/* co!oci"o* "# *o*+#!imi#!+o #! la mi!#ra *%b+#rr/!#a #* #l #mp#r!a"o "# roca E! Sa! ic#!+# *# i#!# %+i(i&a!"o #*+# *i*+#ma #! rampa* acc#*o* pri!cipa(#* - #! +a,#o* a carac+#r*+ica pri!cipa( m/* *a(+a!+# "# la mi!a Sa! ic#!+# #* la ca,a +#c.o la c%al #* %!a cali&a m#"ia $ o(ia"a #*+ra+ica"a E*+o* #*+ra+o* o lo&a* +i#!#! %!a po+#!cia ariab(# #!+r# 05 - 15 m #l co!+ac+o #!+r# lo* #*+ra+o* #* %! r#ll#!o "# cali&a "olomi+a 9or m+o"o* "# #'p lo+aci! *# #!#ra! ab#r+%ra* )%# ara! "# 6 m a 15 m Por lo )%# *# r#)%i#r# %! m+o"o "# *o*+#!imi#!+o )%# #i+# )%# #*+o* #*+ra+o* co lap*#! o caia! E l m+o"o m/* p+imo #* #l #mp#r!a"o *i*+#m/+ico #! lo* +a,#o* E! lo* *al+o* "# $alla *# %*a! pilar#* "# +amao ariab l# lo* c%al#* *o! r#c%p#ra"a* a!+#* "# r# ll#!ar #l +a,#o D# ac%#r"o al #*+%"io "# #om#c/!ica* r#a(i&a"a* *# ob+i#!# # l *i%i#!+# r#*%m#!

42


ca,a*

carac+#r*+ica*

Pi*o

+#c.o Poco $rac+%ra"a - comp#+#!+#

:#o(ica

$rac+%ra"a

Compr#*i!

60 MPa  ba,a

;i"roeo(oa Cali"a" roca = ESR

.%m#"a"

100 MPa m#"ia "%ra *#ca

18 15

34 15

Ab#r+%ra m/'ima *i! *o*+#!imi#!+o 2'ESR'='04

38 m p#rma!#!+#

5m p#rma!#!+#

I!+#!*i"a" $allami#!+o

43 m

51 m

#*+r%c+%ra D%ra a mo"#ra"am#!+# "%ra m#"ia!am#!+# $rac+%ra 100 MPa m#"ia S#ca a .#mpora( "# 20 "a* como m/'imo - 7 "a* como m!imo 51 m

;a- 2 +ipo* "# "# p#r!o* "# a!c(a,# )%# # %+i(i&a! ac+%a(m#!+# #! (a op#raci! mi!#ra #! *a! ic#!+# a? p#r!o* c#m#!+a"o* #! acc#*o* rampa* - (abor#* p#rma!#!+#* b? p#r!o* S@#((#' #! +a,#o* #! #'p(o+aci! Pernos tipos Swellex.

Lo* p#r!o* "# a!c(a,#* S@#((#' co!*i*+#! #! %! +%bo "# .ac#r p(#a" )%# *# #'pa!"# #! #( +a(a"ro por m#"io "# a%a a a(+a pr#*i! D%ra!+# #( proc#*o "# a%m#!+o "# o(%m#! #( p#r!o S@#((#' *# a"ap+a a (a* irr#%(ari"a"#* "#( +a(a"ro a%m#!+a!"o a* (a r#*i*+#!cia "# (a roca - co!*i%i#!"o %! a!c(a,# +o+a( "# $ricci! - m#c/!ico #! +o"a (a (o!i+%" "#( p#r!o E)%ipo E( #)%ipo b/*ico para (a i!*+a(aci! "# %! p#r!o S@#((#' co!*i*+# "#

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? ?

Bomba por+/+i( )%# #(#a (a pr#*i! "# a%a .a*+a 300 bar#* Bra&o por+/+i( para (a i!*+a(aci! "# p#r!o #( c%a( *# a"ap+a a (a bomba >o"o #*+# #)%ipo bra&o - bomba p#*a 27 

Instalación. ? P#r$oraci! "# +a(a"ro "# 3 m "# (o!i+%" - "i/m#+ro r#com#!"a"o "# 34  38 mm ? S# i!+ro"%c# #( p#r!o #! #( +a(a"ro - *# a"ap+a a( ca*)%i((o i!$#rior )%# +i#!# %!a p#)%#a ab#r+%ra #( bra&o por+/+i( *# accio!a #( circ%i+o "# ma!"o "# (a bomba para i!-#c+ar a%a a a(+a pr#*i! co! (o c%a( #( p#r!o *# #'pa!"# #! +o"o #( "i/m#+ro "#( +a(a"ro E( "i/m#+ro "#( p#r!o S@#((#' #* "# 255 mm  *# #'pa!"# .a*+a apro'ima"am#!+# 41 mm  *i#!"o #( #*p#*or "#( ac#ro "# 2 mm ? E( a%a i!-#c+a"a *a(# #'p%(*a"a por #( oricio "#( ca*)%i((o por "o!"# *# i!-#c+a

Pruebas de arranque Para %! "i/m#+ro "# +ara" "# 38 mm La* pr%#ba* r#a(i&a"a* para (o* p#r!o* #*+/!"ar "# 3 m "# (o!i+%" !o* "a! %!a cara "# 95 +o!#(a"a* como m!imo A #*+a cara (o )%# oc%rr# #* #( "#*pr#!"imi#!+o "#( ca*)%i((o i!$#rior por "o!"# *# i!-#c+a a%a ro+%ra "# (a *o("a"%ra #(o!aci! "#( p#r!o "# .a*+a 3 cm Apro'ima"am#!+# E'i*+#! ca*o* ai*(a"a* #! (a )%# (o* p#r!o* .a! *i"o ,a(a"o* a m#!o* "# 5 +o!#(a"a* E*+a *# "#b# a #rror#* #! (a co(ocaci! "#( p#r!o como *o! pri!cipa(m#!+# (a p#r$oraci! "#( +a(a"ro co! %! "i/m#+ro ma-or a( r#com#!"a" - #( i!Far #( p#r!o co! %!a pr#*i! "# a%a )%# !o ((#a a 300 bar#* por "#ci#!cia #! #( *%mi!i*+ro "# air# comprimi"o Comparación entre pernos cementados y pernos tipo Swellex. E( +#rr#!o S@#((#' "a %! *opor+# i!m#"ia+o ap#!a* #* co(oca"o #! #( ca*o "#( p#r!o c#m#!+a"o #*+# comi#!&a a +raba,ar a m#"i"a )%# a $ra%a"o (a m#&c(a i!-#c+a"a La r#*i*+#!cia "# p#r!o c#m#!+a" a%m#!+a co! #( +i#mpo co!*i%i!"o*# m#,or#* r#*%(+a"o* a par+ir "# (o* 28"ia* "# *% co(ocaci! E* por #*+a )%# (o* p#r!o* (o* %+i(i&a"o* #! (abor#* "#

44


car/c+#r "#!i+io ((/m#*# rampa* - acc#*o* pri!cipa(#* Mi#!+ra* )%# (o* p#r!o* S@#((#' (o* %+i(i&a"o* #! (o* +a,#o* "# pro"%cci! (abor#* +#mpora(#* La i!*+a(aci! "#( p#r!o S@#((#' #* r/pi"a - *#!ci((a 3 .ombr#* *# !#c#*i+a *o(am#!+# #( #)%ipo bomba G bra&o # i!*+a(acio!#* "# air# a%a E( +i#mpo "# co(ocaci! i!-#cci! "#mora m#!o* "# 1 mi!%+o E! #( ca*o "# p#r!o c#m#!+a" *# !#c#*i+a pr#parar (a m#&c(a I!-#c+ar(a - (%#o co(ocar #( p#r!o 4 .ombr#* E! roca* m%- $rac+%ra"a* !o *# r#comi#!"a (a i!*+a(aci! "# p#r!o* S@#((#' "a" )%# +raba,a a $ricci! #! +o"o *% (o!i+%" ob+#!i!"o*# cara* !o r#pr#*#!+a+ia* #! (a* pr%#ba* "# arra!)%# E! #( ca*o "# (o* p#r!o* c#m#!+a"o* La m#&c(a c#m#!+a"a *ir# como r#((#!o "# (a* $rac+%ra* o cai"a"#* co!*i"#ra!"o (a roca a"-ac#!+# Lo* p#r!o* S@#((#' !o* (imi+a! a %! ra!o "# p#r$oraci! "#+#rmi!a"o "# 34?38 mm #! +a(a"ro* "# ma-or "i/m#+ro (a $ricci! "i*mi!%-# a m#"i"a )%# !o* apro'imamo* a (o* 41 mm "i/m#+ro "# #'pa!*i! "#( S@#((#' E( p#r!o S@#((#' #* 40H m#!or a( p#r!o c#m#!+a"o

Comparación de pernos de sostenimiento. P#r!o S@#((#' Sp(i+ *#+ c#m#!+a"o R#!"imi#!+o !i"a"#*%ar 12 14 15 "ia >i#mpo "#*"# *% i!*+a(aci! 72 I!m#"ia+o I!m#"ia+o .a*+a *opor+ar cara*  .ora* E)%ipo 1 ma) 1 ma) P#r$oraci! 1 ma) #mp(#a"o P#r$oraci! 1 bomba i!-#c+ar P#r$oraci! 1 bomba "# a%a co! bra&o 1 c%(a+i! "# i!-#c+ar "# por +! #mp%,#

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mor+#ro Ji#rro corr%a"o Ma+#ria(#*

R#*i*+#!cia +! Di/m#+ro "# +a(a"r mm Ma((a %+i(i&a"o Co*+o %!i"a"

p(aca +%#rca

P#r!o S@#((#' p(aca *%*+#!+a"ora

Por!o *pi+ *#+ p(aca *%*+#!+a"ora

ara!"#(a Ma-or "# 20 +o!

10 +o!

5 +!

38?45

32 ? 39

35

2 m ' 2 m 100H

15m ' 15 m 60H

1m'1m 78H

"# 1KK c#m#!+o

Malla de instalación de pernos en tajeos. Ca(c%(o +#rico J  $%#r&a "# arra!)%# N L  (o!i+%" "#( p#r!o m   co#ci#!+# "# $ricci! #!+r# .ac#r - roca 02 a  ra"io "#( +a(a"ro mm P*  cara a'ia( m/'ima )%# p%#"# *opor+ar #( p#r!o N "  "i/m#+ro "#( +%bo i!Fa"o 41 mm .  #*p#*or "#( +%bo 2 mm )  pr#*i! "# aarr# #!+r# #( p#r!o - (a roca b*  r#*i*+#!cia "#( ac#ro MPa Lma'  m/'ima (o!i+%" "#( #rro a *#r ,a(a"a *i! )%# *# pro"%&ca ro+%ra

Tenemos que se cumple.

J  2%a) L J   P*  ".b* L ma'  P*C2%a)

1 2 3

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D# 2 P*  41mm2mm420MB P*  108196 MPa ' mm2 P*  108196 ' 10

'

2

' mm2

P*  108196 N a 110 N P*  11 +! Q12 m ?10 N Por resultados experimentales L a r#*i*+#!cia pr %!i"a" "# (o!i+%" J( #* "# 200 Nm Lma'  P*J(  110200  055 m Espaciamiento de los pernos Swellex. P*Proca )A (?(ma' E! !%#*+ro ca*o P*  110 N  11 +! Proca  25 +!m3 L  3m Lma'  055 m

  981m*#2 A  /r#a a *o*+#!#r Ca(c%(a!"o 110  25 ' 981 ' A 3?05 D#*p#,a!"o A  183 TA 135 m Ca*o "# +a,#o* #! pro"%cci! Ca,a +#c.o Ca(i&a !#ra #*+ra+icaci! p(a!a Ja((a"a - co! %!a po+#!cia "# #*+ra+o* prom#"io "# 15 m

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Conclusiones: El sostenimiento de acero es adaptable a casi cualquier forma de e'cavación subterr%nea, sea con una disposición cerrada IimpermeableK o abierta: ello es debido a su resistencia tanto a la tracción como a la compresión y a la capacidad del acero de moldearse a cualquier forma de e'cavación. En las rocas blandas, es la tensión de contacto primario que juea un papel importante en el anclaje del perno. En las rocas duras, la pared del pozo debe ser lo suficientemente duro y el tubo de perno debe estar bien coincidir con la superficie irreular de la pared de sondeos. Es la tensión de contacto secundario inducido debido a la ruosidad de la pared del pozo que principalmente determina el anclaje de los tornillos en rocas duras. El perno S)elle' puede proporcionar un fuerte refuerzo de la roca, siempre y cuando un estrés moderado contacto primario, por ejemplo, entre -,? y 7 &9a, se realiza en rocas blandas, o una pared de la perforación relativamente brusca, por ejemplo, con un %nulo de ruosidad de alrededor de Ao, se realiza en rocas duras. Es necesario para un mejor entendimiento del comportamiento de los pernos de roca IOoc+
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Sostenimiento Con Pernos

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