04 sostenimiento documento

7/22/2019 04 Sostenimiento Documento

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4MANUAL

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La estabilidad de la roca circundante a una excavacin simple como un tajeo, una

galera, un crucero, una estacin de pique, una rampa, etc, depende de losesfuerzos y de las condiciones estructurales de la masa rocosa detrs de los bordesde la abertura. Las inestabilidades locales son controladas por los cambios localesen los esfuerzos, por la presencia de rasgos estructurales y por la cantidad de daocausado a la masa rocosa por la voladura. En esta escala local, el sostenimiento esmuy importante por que resuelve el problema de la estructura de la masa rocosa yde los esfuerzos, controlando el movimiento y reduciendo la posibilidad de fallaen los bordes de la excavacin.

El trmino sostenimiento es usado aqu para cubrir los diversos aspectosrelacionados con los pernos de roca (de anclaje mecnico, de varillas de fierrocorrugado o barras helicoidales ancladas con cemento o con resina, split sets yswellex), cables, malla, cintas de acero (straps), concreto lanzado (shotcrete)simple y con refuerzo de fibras de acero, cimbras de acero, gatas, madera(puntales, paquetes, cuadros y conjuntos de cuadros), relleno y algunas otrastcnicas de estabilizacin de la masa rocosa. Todos estos elementos son utilizadospara minimizar las inestabilidades de la roca alrededor de las aberturas mineras.

En masas rocosas masivas o levemente fracturadas con excavaciones bien

perfiladas, habr una mnima necesidad de sostenimiento. En masas rocosasfracturadas o estratificadas con excavaciones bien perfiladas, habr un incrementoen la necesidad de sostenimiento. En masas rocosas intensamente fracturadas ydbiles o en zonas de falla o de corte, definitivamente habr necesidad de planearcuidadosamente el sostenimiento. En condiciones de altos esfuerzos, los cualesinducen fallas en la masa rocosa de las excavaciones, ser esencial plantearestrategias especiales de sostenimiento.

Por otro lado, se deber tambin tener en cuenta que los requerimientos desostenimiento de aberturas mineras permanentes como estaciones de piques,rampas, galeras de nivel y otros, son ms conservadores que el sostenimiento deuna abertura minera normal como tpicamente son los tajeos, desde que laseguridad del personal de la mina y de los equipos es de primera consideracin enlas aberturas permanentes. El sostenimiento en este caso deber proveer accesosseguros para toda la vida de la mina.

En los tajeos, el rol del sostenimiento y del relleno tiene que ser evaluado entrminos de la seguridad y la dilucin. En los tajeos por donde el personal tieneque ingresar a la labor, como es el caso del mtodo de minado por corte y relleno,

el sostenimiento es requerido tanto para la seguridad como para el control de ladilucin. En los tajeos por donde el personal no debe ingresar a la labor, la funcin

4.1 INTRODUCCIN

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primaria del sostenimiento es el control de la dilucin.Esencialmente, el sostenimiento hace que las piezas o bloques rocososinteracten y se entrelacen formando una masa rocosa estable alrededor de la

excavacin. Como en una excavacin grande hay ms estructura de masa rocosaque en una excavacin pequea, habr mayor oportunidad de falla en lasexcavaciones grandes y por tanto mayor necesidad de utilizar el sostenimiento.

Es importante que todo el personal de la mina est en capacidad de reconocer losdiferentes tipos de sostenimiento, el por qu de su utilizacin, los procedimientosde su instalacin y darse cuenta cuando es necesario hacer ajustes y cambios en lossistemas de sostenimiento para beneficiar a todo el personal de la mina.

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4.2.1 GeneralidadesLos sistemas de reforzamiento con pernos de roca minimizan las deformacionesinducidas por el peso muerto de la roca aflojada, as como tambin aquellasinducidas por la redistribucin de los esfuerzos en la roca circundante a laexcavacin. En general, el principio de su funcionamiento es estabilizar losbloques rocosos y/o las deformaciones de la superficie de la excavacin,restringiendo los desplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes.En roca masiva o levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal delos pernos de roca es el control de la estabilidad de los bloques y cuas rocosaspotencialmente inestables. sto es lo que se llama tambin el efecto cua.Cuando los bloques o cuas son aislados solo amerita estabilizarlas con pernosaislados, a esto es lo que se denomina tambin, sostenimiento aislado oespordico, de lo contrario lo usual ser el sostenimiento sistemtico en todo eltecho y/o paredes de la excavacin, segn sea requerido.

En roca estratificada sub-horizontal y roca no estratificada con un sistemadominante de discontinuidades subhorizontales, los pernos ayudan a resistir eldesplazamiento relativo entre los estratos, aumentando la rigidez de la vigaestructural que forman y creando ligazn entre los bloques tabulares, paraminimizar la deflexin del techo. Esto es lo que se llama tambin el efecto viga.Este concepto puede se extendido al caso de paredes paralelas a estratos o

discontinuidades subverticales, generando el denominado efecto columna, paraminimizar el pandeo de los bloques tabulares.

4.2 PERNOS DE ROCA

Excavacin

Pernos

Figura 4.1 El efecto cua.

Pernos

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En roca fracturada e intensamente fracturada y/o dbil, los pernos confierennuevas propiedades a la roca que rodea la excavacin. Instalados en forma radial,cada perno crea un bulbo de resistencia, el cual al interactuar con los bulbos de los

pernos adyacentes forman un arco rocoso portante que trabaja a compresindenominado efecto arco, el mismo que da estabilidad a la excavacin.

Pernos

Excavacin

Excavacin

Pernos

Figura 4.3 El efecto columna.

Figura 4.2 El efecto viga.

Mineral

Relleno

CAJA TECHO

CAJA PISO

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4.2.2 Tipos de pernos

Actualmente hay disponibles diferentes tipos de pernos de roca. Varios tipos depernos muestran solo diferencias menores en su diseo y son bsicamentevariedades de un mismo concepto. Segn las tcnicas de anclaje que se utilizan,podemos agruparlos de la siguiente manera: pernos anclados mecnicamente,pernos de varillas cementados o con resina y pernos anclados por friccin. Aqupresentamos los pernos representativos de cada grupo, que son los ms utilizadosen la industria minera. Para el caso de los pernos cementados o con resina

consideramos a las varillas de fierro corrugadas y las barras helicoidales, para el casode los pernos anclados por friccin consideramos a los split sets y los swellex.

Un perno de anclaje mecnico, consiste en una varilla de acero usualmente de 16mm de dimetro, dotado en su extremo de un anclaje mecnico de expansin queva al fondo del taladro. Su extremo opuesto puede ser de cabeza forjada o conrosca, en donde va una placa de base que es plana o cncava y una tuerca, parapresionar la roca. Siempre y cuando la varilla no tenga cabeza forjada, se puedenusar varios tipos de placas de acuerdo a las necesidades de instalacin requeridas.

Hay otros principios bajo los cuales funcionan los pernos de roca paratratamientos especficos, como coser zonas de falla, zonas de corte y otras zonasde debilidad, instalados cruzando estas zonas.

Excavacin

Descripcin

4.2.2.1 Pernos de anclaje mecnico

Figura 4.4 El efecto arco generado por la interaccin de los bulbos de resistencia de los pernos.

Zona aflojada

Zona de roca reforzadao zona de compresin

Pernos

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Este tipo de pernos es relativamente barato. Su accin de reforzamiento de la rocaes inmediata despus de su instalacin. Mediante rotacin, se aplica un torque de135 a 340 MN (100 a 250 lb/pie) a la cabeza del perno, el cual acumula tensin enel perno, creando la interaccin en la roca.

TaladroPlaca

Mecanismode expansin

Tuerca

Varilla

Figura 4.5 Perno de anclaje mecnico mostrando todos sus componentes.

PERNO CON TUERCARosca

Cabeza forjada PERNO DE CABEZA FORJADA

CONCHAS DEEXPANSIN

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Procedimientos de instalacin

Primero el equipo tcnico de apoyo de mina debe determinar el patrn adecuadode los pernos, a continuacin se perforan los taladros, se colocan las varillas en lostaladros, se fijan los anclajes y luego las placas de base son ajustadasmecnicamente.La resistencia de los pernos, su longitud, la colocacin de los anclajes, as comotambin el contacto de la placa base con la superficie rocosa, son todos crticospara crear la interacin de la roca.El tensionamiento de los pernos de anclaje mecnico es un aspecto importante,

para ello se puede usar una llave de impacto o una perforadora. A medida que girala tuerca, se fija el anclaje y la tuerca comienza a empujar al perno contra lasuperficie de la roca. Como la tuerca empuja sobre la placa, sta a su vez presionacontra la roca, tensionando la varilla. El perno instalado va a retener esta tensin,haciendo que la placa del perno presione activamente contra las piezas de roca enla superficie de la excavacin; las piezas de roca en la superficie interactan conotras piezas creando zonas de interaccin. Es esta interaccin la que hace que laspiezas de roca acten como piezas o bloques ms grandes de roca, dando lugar ala creacin de una masa rocosa estable, la misma que interacta alrededor de laexcavacin. Si la varilla perdiera tensin, los pernos de anclaje se volveranineficaces. En reas donde hay oportunidad que caigan piezas pequeas de roca, elenmallado debe ser considerado como un elemento adicional.

El dimetro del taladro es crtico para el anclaje, recomendndose undimetro de 35 a 38 mm para los pernos comnmente utilizados.

Pierden su capacidad de anclaje como resultado de las vibraciones de lavoladura o el astillamiento de la roca detrs de la placa, debido a altas fuerzasde contacto, por lo que no es recomendable utilizarlos en terrenoscercanos a reas de voladura.

Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal. Si son utilizados parareforzamiento permanente, stos deben ser protegidos de la corrosin sihay presencia de agua y deben ser post-cementados con pasta de cementoentre la varilla y la pared del taladro.

Proporcionan una tensin limitada que raramente sobrepasan las 12 TM.

Su uso es limitado a rocas moderadamente duras a duras, masivas, conbloques o estratificada, sin presencia de agua. En rocas muy duras,fracturadas y dbiles no son recomendables, debido a que el anclaje podradeslizarse bajo la accin de las cargas. En rocas sometidas a altos esfuerzostampoco es recomendable.

Las siguientes consideraciones son importantes para su utilizacin:

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4.2.2.2 Pernos de varilla cementados o con resina

Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo biselado, que es

confinado dentro del taladro por medio de cemento (en cartuchos o inyectados),resina (en cartuchos) o resina y cemento. El anclaje entre la varilla y la roca esproporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, portres mecanismos: adhesin qumica, friccin y fijacin, siendo los dos ltimosmecanismos los de mayor importancia, puesto que la eficacia de estos pernosest en funcin de la adherencia entre el fierro y la roca proporcionada por elcementante, que a su vez cumple una funcin de proteccin contra la corrosin,aumentando la vida til del perno. De acuerdo a esta funcin, en presencia deagua, particularmente en agua cida, el agente cementante recomendado ser la

resina, en condiciones de ausencia de agua ser el cemento.

Dentro de este tipo de pernos, los de mayor utilizacin en el pas son: la varilla defierro corrugado, generalmente de 20 mm de dimetro y la barra helicoidal de 22mm de dimetro, con longitudes variables (de 5' a 12'). La primera es ya un tipo deperno convencional en nuestro medio, la segunda es de reciente introduccin enla industria minera. La barra helicoidal, tiene la forma de una rosca continua a lolargo de toda su longitud, esta caracterstica le da mltiples ventajas comparada ala anterior. Entre otros, su mayor dimetro le confiere mayor resistencia y su rosca

constante permite el reajuste de la placa contra la pared rocosa. La capacidad deanclaje de las varillas de fierro corrugado es del orden de 12 TM, mientras quede las barras helicoidales superan las 18 TM.

Descripcin

Placa

Tuerca

Varilla de fierrocorrugado

Cementoinyectado

Figura 4.6 Perno de varilla corrugada.

Rosca

Taladro

Extremobiselado

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Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere varios dasde curado antes que el perno trabaje a carga completa, pero apropiadamenteinstalados son competentes y durables, con alta resistencia en condicionesde roca dura. Estos pernos tienen larga vida til y constituyen el sistema ms

verstil de pernos de roca. El uso de varillas con cemento inyectado esfrecuentemente el sistema de sostenimiento ms barato, pero no se debeusar en taladros con agua y tampoco se debe tensar inmediatamente. Eldimetro requerido por los taladros es de 32 a 36 mm.

Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usadoscomo refuerzo permanente, pero tambin pueden ser utilizados como

refuerzo temporal en varias condiciones de roca, desde rocas de buena amala calidad, constituye el mejor sistema para rocas de muy mala calidad ytambin para rocas en ambientes de altos esfuerzos. En presencia dediscontinuidades abiertas y/o vacas, no es recomendable su uso a menosque la inyeccin de la pasta de cemento pueda ser chequeada.


Cuando se usa resina, sea sta de fraguado rpido (menos de 30 segundos) ofraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a carga completa en ms omenos 5 minutos, permitiendo as pretensar el perno e instalarlo enpresencia de filtraciones de agua. La resina viene en cartuchos con elcatalizador separado de la resina y por efecto de la rotacin del perno almomento de introducir al taladro, stos se mezclan generando el fraguado.Este sistema proporciona una alta capacidad de carga en condiciones de rocadura, resistente a la corrosin y a las vibraciones del terreno y brinda accinde refuerzo inmediato despus de su instalacin, aunque su costo es mayorque los pernos cementados (en cartucho o inyectado). El dimetro deltaladro es crucial para el mezclado y fraguado de la resina, para varillas de 20mm el dimetro mximo debe ser 32 mm.

Figura 4.7 Instalacin de una barra helicoidal.

Cartuchosde resina

Barrahelicoidal

Placa

Tuerca

Taladro

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Tambin se pueden instalar las varillas combinando la resina de fraguadorpido con el cemento (en cartuchos o inyectado). En este caso, la resina vaal fondo del taladro y el resto es llenado con lechada de cemento ocartuchos de cemento. Una de las razones para emplear este sistema esdisminuir los costos. En general es importante chequear la calidad delcemento y de la resina antes de su uso, desde que son muy sensibles al

almacenamiento subterrneo por largos periodos de tiempo, stas tienenuna vida limitada indicada por el fabricante.

Resina Catalizador

Figura 4.8 Tipos de cartuchos de resina.

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Primero, el equipo tcnico de apoyo de mina debe determinar el patrn adecuadode los pernos, a continuacin se perforan los taladros.

Cuando se usa inyeccin de cemento, despus de la perforacin se introduce lavarilla dentro del taladro. Luego se coloca la pasta de cemento utilizando un tubohueco de PVC, que se introduce asegurndolo ligeramente a la varilla. La pasta seinyecta mediante el uso de una bomba y se va retirando el tubo de PVC conformese va inyectando. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el perno. Eltensionado se deber ejecutar como mnimo 48 horas despus de colocado elperno, salvo el uso de acelerantes de fragua. La relacin cemento/agua ideal de lapasta de cemento es de 3.5:1 en peso, lo cual equivale a 16 litros de agua por 45 kilosde cemento.

Cuando se usa cartuchos de cemento (cemento con aditivos especiales en unenvase plstico), se debe limpiar el taladro, luego se introducen los cartuchospreviamente remojados con agua hasta llenar el taladro. Despus se introduce lavarilla hasta unos 50 cm, doblndola ligeramente, a fin que sta pueda rompermejor los cartuchos y producir mejor mezcla al momento de introducir girandola varilla por accin de la perforadora. Finalmente se coloca la placa sin tensionarel perno, el tensionado se deber ejecutar como mnimo 48 horas despus de

colocado el perno, salvo el uso de acelerantes de fragua.

Cuando se usa resina, el procedimiento es similar a los cartuchos de cemento, peroen este caso, una vez perforado y limpiado el taladro, se introducen primero loscartuchos de resina de fraguado rpido hasta el fondo y luego los cartuchos deresina de fraguado lento. La cantidad de cartuchos estar determinada por eldimetro y longitud del taladro, de la varilla y de los cartuchos de resina. Elfabricante proporciona las cantidades recomendables, el objetivo es que todo eltaladro quede rellenado. Es importante en este caso que se produzca una buenamezcla de la resina con el catalizador, para que la adherencia de la varilla con la rocasea eficaz. Esto se logra mediante la rotacin de la varilla con la perforadoradurante 10 a 15 segundos, tal como se indic en el prrafo anterior, para el caso de

Tubo de inyeccinde cemento

Pasta decemento

Perno

Taladro

Figura 4.9 Instalacin de un perno de varilla con inyeccin de cemento.

Extremobiselado

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los cartuchos de cemento. Finalmente se coloca la placa, pudindose tensionar deinmediato, por efecto de la fragua rpida. Posteriormente el fraguado lentoactuar con la varilla tensionada.

Cuando se usa resina y cemento, se colocan los cartuchos de resina de fraguadorpido en el fondo del taladro y se completa el resto con pasta de cemento ocartuchos de cemento, siendo el resto del procedimiento similar a los antesmencionados.

Un aspecto final esta referido al tensionamiento de los pernos. Cuando la masarocosa ha estado sometida a intensa deformacin, es recomendable eltensionamiento. Cerca de los frentes de avance, donde la masa rocosa puedapresentar deformacin subsecuente significativa o cuando estn presentes altosesfuerzos, no es recomendable el tensionamiento.

Doblado ligerode la varilla

Taladro

1

2

3

Varilla instalada

Figura 4.10 Instalacin de un perno de varilla de fierro corrugado usando cartuchos de cemento,cartuchos de resina o ambos.

CARTUCHOS DE CEMENTO

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4.2.2.3 Split sets

Descripcin

El split set, consiste de un tubo ranurado a lo largo de su longitud, uno de losextremos es ahusado y el otro lleva un anillo soldado para mantener la platina. Alser introducido el perno a presin dentro de un taladro de menor dimetro, segenera una presin radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes deltaladro, cerrando parcialmente la ranura durante este proceso. La friccin en el

contacto con la superficie del taladro y la superficie externa del tubo ranuradoconstituye el anclaje, el cual se opondr al movimiento o separacin de la rocacircundante al perno, logrando as indirectamente una tensin de carga.

Los split sets, conjuntamente con los swellex, representan el ms recientedesarrollo de tcnicas de reforzamiento de roca, ambos trabajan por friccin(resistencia al deslizamiento) a lo largo de toda la longitud del taladro,. Aunque

los dos trabajan con el mismo principio, tienen diferentes mecanismos desostenimiento, como veremos ms adelante.

Placa condomo Taladro

Tubo ranurado

Dimetrodel taladro

Dimetro delSPLIT SET

SPLIT SETInstalado

Figura 4.12 Mecanismo de anclaje del SPLIT SET.

El dimetro de los tubos ranurados vara de 35 a 46 mm, con longitudes de 5 a 12pies. Pueden alcanzar valores de anclaje de 1 a 1.5 toneladas por pie de longitud del

Figura 4.11 Perno de friccin SPLIT SET.

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Los split sets son utilizados mayormente para reforzamiento temporal,usualmente conformando sistemas combinados de refuerzo en terrenos decalidad regular a mala. En roca intensamente fracturada y dbil no esrecomendable su uso.

Su instalacin es simple, solo se requiere una mquina jackleg o un jumbo.Proporciona accin de refuerzo inmediato despus de su instalacin ypermite una fcil instalacin de la malla.

El dimetro del taladro es crucial para su eficacia, el dimetro recomendadopara los split sets de 39 mm es de 35 a 38 mm, con dimetros ms grandes secorre el riesgo de un anclaje deficiente y con dimetros ms pequeos esmuy difcil introducirlos. Son susceptibles a la corrosin en presencia deagua, a menos que sean galvanizados. En mayores longitudes de split sets,puede ser dificultosa la correcta instalacin. Los split sets son relativamentecostosos.

perno, dependiendo principalmente del dimetro de la perforacin efectuada, lalongitud de la zona del anclaje y el tipo de la roca.



Una vez definido el patrn de los pernos, se perforan los taladros, verificndoseque sean un poco ms largos que los pernos. Luego, se hace pasar la placa a travsdel tubo ranurado y se coloca el extremo del tubo en la entrada del taladro. Se sacael barreno de la perforadora y se coloca el adaptador o culatn, acoplndose ste alotro extremo del tubo. Se acciona la perforadora la cual empuja el tubo hastapegar la platina contra la roca.

Figura 4.13 Manera de instalacin del SPLIT SET.

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Una vez expandido el tubo, se genera una tensin de contacto entre el tubo y lapared del taladro, produciendo dos tipos de fuerzas: una presin o fuerza radialperpendicular a su eje y una fuerza de rozamiento esttico, en toda su longitud,cuya magnitud depende de la estructura de la roca y de la dimensin del taladro.

4.2.2.4 Swellex

Tambin es un perno de anclaje por friccin, pero en este caso la resistencia

friccional al deslizamiento se combina con el ajuste, es decir, el mecanismo deanclaje es por friccin y por ajuste mecnico, el cual funciona como un anclajerepartido.

El perno swellex est formado por un tubo de dimetro original de 41 mm ypuede tener de 0.6 a 12 m de longitud o ms (en piezas conectables), el cual esplegado durante su fabricacin para crear una unidad de 25 a 28 mm de dimetro.ste es insertado en un taladro de 32 a 39 mm de dimetro. No se requiereninguna fuerza de empuje durante su insercin. La varilla es activada porinyeccin de agua a alta presin (aproximadamente 30 MPa 300 bar) al interiordel tubo plegado, el cual infla al mismo y lo pone en contacto con las paredes deltaladro, adaptndose a las irregularidades de la superficie del taladro, as seconsigue el anclaje.

Descripcin

Tubo de aceroexpandido

Placa condomo

Taladro

Figura 4.14 Mecanismo de anclaje del SWELLEX.

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Tubo SWELLEX plegado

Tubo SWELLEX instalado

Constituyen un sistema alternativo a los split sets, pero de mejorrendimiento en terreno de menor calidad, para el refuerzo temporal.Debido a la existencia de distintos tipos de swellex, cubren un amplio rangode aplicacin desde rocas duras a suaves y en terrenos muy fracturados.Tienen buena respuesta a los efectos cortantes de la roca. En roca dura, 0.5m de longitud del perno, proporciona una resistencia a la traccin igual a sucarga de rotura. Dada su gran flexibilidad, stos pueden instalarse en

longitudes de hasta 3 veces la altura de la labor.Es de instalacin sencilla y rpida, el efecto de refuerzo es inmediato, y estprovisto de arandelas para colocar la malla en cualquier momento.

El principal problema es la corrosin, aunque las nuevas versiones vienencubiertas con una capa elstica protectora o son de acero inoxidable. Sonms costosos que los split sets.


Figura 4.15 Mecanismo de anclaje del SWELLEX .

Una vez perforado el taladro, se introduce el tubo en la boquilla del brazo deinstalacin por el casquillo de inflado. Luego se introduce el tubo en el taladro.Hecho esto, mediante la bomba se aplica agua a alta presin para inflar el tubo,proceso que dura unos pocos segundos. Cuando la presin del agua llega a 30MPa, la bomba se para automticamente, quedando el swellex expandido en todasu longitud dentro del taladro. Debido al proceso de inflado, la longitud del pernose reduce por contraccin, lo cual produce un empuje de la placa de repartocontra la roca con una tensin axial de 20 KN.


(Sin expandir) (Expandido)

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4.2.3 Mtodos de control

Adicionalmente a los diferentes aspectos indicados anteriormente, para lacorrecta instalacin de los pernos se debe tener en cuenta lo siguiente:

4.2.3.1 Control de la instalacin de los pernos

Figura 4.16 Manera de instalacin del SWELLEX

Verificar las condiciones de seguridad previas a la instalacin, asegurandoque el rea presente buen desatado de las rocas sueltas y ventilacinadecuada.

Si durante el desatado, la cada de fragmentos rocosos fuera continua, se

debe asegurar el techo con malla, sujeta con puntales o gatas, de otro modocolocar una capa de shotcrete de 2 (5 cm) de espesor.

Se debe sealizar la ubicacin adecuada de los pernos a colocar.

Prever todos los materiales, equipos y herramientas que se debern utilizarpara la instalacin de los pernos, verificando su estado, calidad y cantidadadecuada, as como los requerimientos de aire y agua que sean necesarios.

Perforar los taladros con el dimetro, longitud, orientacin y distribucinadecuados (ver Figura 4.17), limpiando los mismos antes de colocar lospernos.

Bomba

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ESTABLE

EVENTUALROTURA

INESTABLE

EVENTUALROTURA

INESTABLE ESTABLE

EVENTUALRAJADURA

EVENTUALRAJADURA

ESTABLEINESTABLE

Estratos

Pernos

PernosPernos

PernosPernos

Figura 4.17 Formas incorrectas y correctas de instalacin de los pernos.

Incorrecto Correcto

Incorrecto Correcto

Pernos

Pernos Pernos

PernosPernos

EVENTUALRAJADURA

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4.2.3.2 Control de calidad despus de la instalacin

El control de calidad de reforzamiento con pernos de roca debe estar orientado alo siguiente:

Verificacin de la orientacin de los pernos.

Verificacin de la presin de las platinas.

Verificacin de la capacidad de anclaje de los pernos mediante pruebas dearranque, utilizando un ensayador de pernos con diferentes cabezales segnel tipo de perno.

Verificacin del comportamiento de la masa rocosa de la excavacinreforzada con pernos, mediante observaciones visuales o mediciones deconvergencia.

Nunca dejar un taladro perforado sin haber colocado de inmediato elperno. Similar al desatado, instalar los pernos comenzando de la zona yasostenida o bien desatada, avanzando en el sostenimiento hacia la zona porsostener.

En lo posible, los pernos deben ser colocados perpendicularmente a lasuperficie del contorno de la excavacin, tratando de que stos amarren alos bloques rocosos.

No se deben instalar los pernos alineados en forma paralela a lasdiscontinuidades o en las discontinuidades, por que stos perdern sueficacia.

El personal encargado de la instalacin de los pernos debe estar bien

entrenado y capacitado.

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Aparte de su fabricacin y capacidad de carga, no hay diferencias significativasentre los pernos de varilla cementados y los cables inyectados con pasta decemento. En ellos rigen los mismos principios de funcionamiento, en el caso delos cables hay que adicionar a la accin del refuerzo, la accin de sujecin de losbloques rocosos sueltos, sin embargo, en el caso de pequeos bloques rocosossueltos, los cables son inefectivos, siendo necesario complementar elsostenimiento con pernos de roca y/o malla y/o concreto lanzado (shotcrete).

4.3 CABLES

Los cables son elementos de reforzamiento, hechos normalmente de alambres deacero trenzados, los cuales son fijados con cemento dentro del taladro en la masarocosa. El cable comnmente usado es el denominado trenzado simpleconformado por 7 alambres, que en conjunto tienen 5/8 de dimetro, con unacapacidad de anclaje de 25 Ton. Pueden ser usados en cualquier longitud, en elrango de 5 a 30 m, ya sea en la modalidad de cable simple o doble. Desde luegohay una gran variedad de cables, destacando en la industria minera aparte delindicado, los cables destrenzados y los cables bulbados, para mejorar la adherenciadel cable con el cemento.

4.3.1 Descripcin

Reforzamiento y sujecinReforzamiento

ReforzamientoSujecin

Figura 4.18 Funciones de los cables.

Cables

Reforzamiento Sujecin

Cables

Cables

Cables

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Son utilizados en condiciones de rocas duras, moderadamente fracturadas ofracturadas, que presenten bloques grandes a medianos, con RMR mayor oigual a 40 o cuando se quiere asegurar una franja de roca dbil entre dosfranjas de roca competente.

Son instalados predominantemente en forma no tensionada para elsostenimiento temporal en tajeos y tambin para el sostenimientopermanente de ciertas estructuras rocosas asociadas al minado. Tambin sepuede utilizar como pre-reforzamiento antes del minado de un tajeo.Apropiadamente instalados constituyen un sistema de reforzamientocompetente y durable. Proporcionan tambin una alta capacidad portanteen condiciones de roca dura. Pueden ser instalados en reas estrechas.

Cable destrenzado

Cable bulbado

Placa

Taladro

Cementoinyectado

Doble cable detrenzado simple

Figura 4.19 Tipos de cables.

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Se requiere varios das de tiempo de curado antes que los cables puedantrabajar a capacidad completa. Es dificultoso chequear y mantenerconstante la calidad de la pasta de cemento y de la inyeccin de la misma.No puede ser utilizada en taladros con presencia de agua. Es un sistema desostenimiento relativamente barato.

Es sumamente importante en este sistema de reforzamiento, para suefectividad completa, utilizar estndares apropiados en relacin a losmateriales, equipos, herramientas y personal idneo para la instalacin.

Cables

Figura 4.20 Aplicaciones diversas de los cables.

Sostenimiento de interseccin de galeras

Sostenimiento de paredes en tajeos abiertos Minado corte y relleno

Cables

Cables

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4.3.2 Procedimientos de instalacin

Se perfora el taladro con un dimetro de 48 mm en el caso de cable simple o 64mm en el caso de instalar cable doble. Una vez perforados los taladros, se disponende 4 opciones para la instalacin de los cables. Previamente, antes de introducir elcable, se deber limpiar el taladro con aire a presin eliminando pequeosfragmentos en el interior del mismo.

ste es el mtodo tradicional para instalar cables de trenzado simple en taladrosascendentes. La pasta de cemento, que tiene usualmente una relacinagua/cemento alrededor de 0.4, es inyectada en el taladro a travs de un tubo de de dimetro o ms, colocado en el collar del taladro. El aire desfoga a travs deotro tubo de dimetro pequeo (), el cual se extiende hacia el fondo deltaladro, encintado al cable. Tanto los tubos como el cable son sellados en el collardel taladro por medio de un tapn de hilachas de algodn o un mortero defraguado rpido. La direccin del recorrido de la pasta de cemento es hacia arribaen el taladro. Cuando la pasta de cemento retorne por el tubo respiradero, lainyeccin habr sido completada.

Este mtodo es utilizado en taladros ascendentes y descendentes con cables detrenzado simple. En este caso, se extiende hasta el fondo del taladro, un tubo deinyeccin de pasta de cemento de dimetro o ms, que va encintado al cable.El cable y el tubo son sujetados dentro del taladro por una cua de maderainsertada dentro del collar del taladro. La pasta de cemento con relacinagua/cemento de 0.3 a 0.35 si el taladro es ascendente 0.3 a 0.45 si eltaladro es descendente, es inyectada hasta el fondo del taladro, de tal manera queel taladro sea rellenado hasta que la pasta de cemento aparezca en el collar deltaladro. El bombeo es continuo hasta que se observe en el collar una pasta decemento consistentemente espesa. Este mtodo presenta ciertas ventajas respecto

al mtodo anterior, que radica principalmente en la evidencia del llenado deltaladro y en que no hay probabilidad que la lechada fluya dentro de las fracturasrocosas.

Utilizado para taladros ascendentes o descendentes, con cables de trenzadosimple. Es un mtodo similar al mtodo del tubo de inyeccin descrito arriba,pero sin utilizar la cua de madera. El tubo de inyeccin (3/4 o ms) es retiradolentamente desde el fondo del taladro conforme progrese la inyeccin. Es

importante asegurar que la velocidad de retirada no exceda a la velocidad dellenado del taladro, as no sern introducidos vacos de aire. Esto se logra

4.3.2.1 Mtodo del tubo respiradero

4.3.2.2 Mtodo del tubo de inyeccin

4.3.2.3 Mtodo del tubo retrctil

122


25/62

Figura 4.21 Mtodos u opciones de instalacin de los cables.

aplicando manualmente una fuerza para resistir la fuerza de empuje de la columnade pasta de cemento. La relacin agua/cemento de 0.35 para taladros ascendenteso cualquier consistencia para taladros descendentes es adecuada para estemtodo.

El procedimiento para este caso es inyectar pasta de cemento al taladro yposteriormente insertar el cable, esto es posible solo cuando se dispone demquinas de colocar cables, debido a que se requiere una gran fuerza para empujarel cable dentro del taladro inyectado. En este mtodo y en el mtodo del tuboretractil, el tubo de inyeccin es reutilizable.

4.3.2.4 Mtodo de inyeccin con posterior insercin del cable

Mtodo del tuborespiradero

Mtodo del tubode inyeccin

Mtodo deltubo retrctil

Mtodo de inyeccincon posterior insercin

del cable

Tubo deinyeccin

de pasta decemento

Tubo dedesfoguede aire

Cable

Sujetadordel cable

Collar

Tapn

123


26/62

Se debe asegurar que el personal de instalacin de los cables est altamenteentrenado y capacitado para esta labor.

Para el caso de la instalacin de los cables, se debe tomar en cuenta los diferentesaspectos sealados para el control de instalacin de los pernos. Adicionalmente sedeber tomar en cuenta los aspectos que se indican a continuacin:

Para la correcta instalacin de los cables se debe tener en cuenta lo siguiente:

4.3.3 Mtodos de control

4.3.3.1 Control de la instalacin de los cables

Asegurar el tamao correcto en el dimetro y longitud de los taladros,debiendo ser stos lo mas rectos y limpios posibles.Asegurar que los cables estn limpios, tengan todos sus accesoriosadecuados, estn centrados en el taladro con sus respectivos espaciadores,que est taponado completamente el collar del taladro y los tubosaccesorios estn correctamente instalados.

Asegurar el uso de cemento fresco para la inyeccin, asimismo que la

relacin agua/cemento sea la correcta, inspeccionando la consistencia ycalidad de la pasta, de ser posible realizando ensayos de la misma.

Uno de los componentes ms crticos en una instalacin de cables es lacolumna de la pasta de cemento. Todos los posibles cuidados deben sertomados para asegurar que la columna no contenga vacos de aire.

4.3.3.2 Control de calidad despus de la instalacin

El control de calidad del reforzamiento con cables es similar al indicado para el

caso de pernos despus de su instalacin.

En el caso de los cables es particularmente importante verificar que la calidad de lapasta de cemento sea la apropiada, adems verificar que los taladros hayan sidocompletamente inyectados.

La instrumentacin que se tiene disponible para la evaluacin del rendimiento delos cables es de mayor complejidad que en el caso de pernos de roca.

124


27/62

La malla metlica principalmente es utilizada para los siguientes tres fines:primero, para prevenir la cada de rocas ubicadas entre los pernos de roca,actuando en este caso como sostenimiento de la superficie de la roca; segundo,para retener los trozos de roca cada desde la superficie ubicada entre los pernos,actuando en este caso como un elemento de seguridad; y tercero, como refuerzodel shotcrete. Existen dos tipos de mallas: la malla eslabonada y la mallaelectrosoldada.

La malla eslabonada o denominada tambin malla tejida, consiste de un tejido dealambres, generalmente de # 12/10, con cocadas de 2x2 4x4, construida enmaterial de acero negro que puede ser galvanizada para protegerla de la corrosin.Por la forma del tejido es bastante flexible y resistente. Esta malla no se presta paraservir de refuerzo al concreto lanzado, por la dificultad que hay en hacer pasar elconcreto por las mallas, no recomendndose para este uso.

4.4 MALLA METLICA

4.4.1 Generalidades

Figura 4.22 Malla eslabonada o tejida.

125


28/62

La malla electrosoldada consiste en una cuadrcula de alambres soldados en susintersecciones, generalmente de # 10/08, con cocadas de 4x4, construidas enmaterial de acero negro que pueden ser galvanizada. Esta malla es recomendadapara su uso como refuerzo del concreto lanzado (shotcrete).

La malla viene en rollos o en planchas. Los rollos tienen 25 m de longitud x 2.0 mde ancho y las planchas usualmente tienen 3.0 m de longitud x 2.0 m de ancho.


Sealar el rea donde deber instalarse la malla.

Desatar todo bloque suelto del rea donde se instalar la malla.

Presentar la malla utilizando de ser necesario gatas o puntales.

Anclar definitivamente con pernos de roca.

Asegurar la malla utilizando la misma platina del perno, si ste an no hasido instalado, o arandelas a presin o segunda platina de retn y tuerca, siel perno ya fue instalado.

Para su instalacin se debe tener en cuenta los siguientes aspectos importantes:

Figura 4.23 Malla electrosoldada

126


29/62

Figura 4.24 Correcta instalacin de las mallas.

Acomodar o moldear la malla a la forma de la superficie de la rocautilizando ganchos de fierro corrugado de 3/8, colocados en taladros de0.5 m de longitud.

Evitar en lo posible superficies con la malla suelta, especialmente cuando secontempla la aplicacin del shotcrete sobre la misma.

Los traslapes entre mallas sern como mnimo 20 cm y deben estarasegurados con pernos de anclaje, con un amarre inicial de alambre #8.

En reas de altos esfuerzos, deben eliminarse los empalmes horizontales dela malla metlica en el tercio inferior de los hastiales, estos traslapes debenefectuarse a una altura mnima de 2.5 m respecto al nivel del piso. Losempalmes verticales en estos casos deben reforzarse con varillas de fierrocorrugado de 3/8 y 0.7 m de longitud.

Cuando el uso de la malla es puntual, se puede recortar la malla para sumanipulacin sencilla.

La malla es muy propensa a daarse fcilmente con la voladura, siendorecomendable reemplazarla, recortando los pedazos daados y colocandouna nueva.

Ganchos defierro corrugado

127


30/62

A diferencia de la malla metlica, que es utilizada cuando la roca ubicada entre lospernos presenta bloques pequeos, las cintas son utilizadas tpicamente cuando laroca circundante a la excavacin presenta bloques medianos a grandes.La rigidez de la cinta es un aspecto crtico, especialmente en excavaciones deformas irregulares, si la cinta es demasiado rgida, no es fcil adaptarla a lasuperficie rocosa irregular y por consiguiente no proporciona el sostenimientorequerido, debiendo considerarse en esta situacin el uso de cintas ms delgadaspara moldearlas mejor a la superficie irregular de la roca.

4.5 CINTAS DE ACERO (STRAPS)

Estos elementos de sostenimiento usualmente tienen 1.8 m de longitud, 10 cm de

ancho y 4 mm de espesor, estn provistas de agujeros de 39 mm x 65 mm, parapermitir pasar por ellos los pernos de roca a fin de fijarlos sobre la superficie de laroca.

Figura 4.25 Reforzamiento con cintas de acero.

INCORRECTO CORRECTO

Pernos

Straps

128

Pernos

Straps


31/62

4.6.1 Generalidades

Concreto lanzado (shotcrete) es el nombre genrico del concreto cuyosmateriales componentes son: cemento, agregados, agua, aditivos y elementos derefuerzo, los cuales son aplicados neumticamente y compactadosdinmicamente a alta velocidad sobre una superficie.

4.6 CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE)

La tecnologa del shotcrete comprende los procesos de mezcla seca y de mezclahmeda.

En el proceso de mezcla seca, los componentes del shotcrete seco o ligeramentepre-humedecidos, son alimentados a una tolva con agitacin continua. El airecomprimido es introducido a travs de un tambor giratorio o caja dealimentacin para transportar los materiales en un flujo continuo hacia lamanguera de suministro. El agua es adicionado a la mezcla en la boquilla.

En el proceso de mezcla hmeda, los componentes del shotcrete y el agua sonmezclados antes de la entrega a una unidad de bombeo de desplazamientopositivo, la cual luego suministra la mezcla hidrulicamente hacia la boquilla,donde es aadido el aire para proyectar el material sobre la superficie rocosa.

El producto final de los procesos de shocrete ya sea seco o hmedo es similar. Elsistema de mezcla seca tiende a ser ms utilizado en la minera subterrnea, debidoa que generalmente usa equipos pequeos y compactos, los mismos que puedenser movilizados en forma relativamente fcil en la mina. El sistema de mezclahmeda es ideal para aplicaciones de alta produccin, como en piques profundoso labores de avance de gran longitud y donde los accesos permiten operar alequipo de aplicacin de shotcrete sobre una base ms o menos continua. Las

decisiones para usar procesos de shotcrete seco o hmedo, son usualmenteadoptadas para cada sitio en particular.

Adecuadamente aplicado, el shotcrete es un material de construccinestructuralmente slido y durable, con buenas caractersticas de adhesin con laroca y alta resistencia. Estas propiedades favorables se consiguen con buenasespecificaciones y materiales, preparacin adecuada de la superficie, buenasprcticas de mezclado, aplicacin del shotcrete y supervisin.

129


32/62

(19 mm)

(12 mm)

3/8 (10 mm)

N 4 (4.75 mm)N 8 (2.4 mm)

N 16 (1.2 mm)

N 30 (600 Um)

N 50 (300 Um)

N 100 (150 Um)

-

-

100

95 - 10080 - 100

50 - 85

25 - 60

10 - 30

2 - 10

-

100

90 - 100

70 - 8550 - 70

35 - 55

20 - 35

8 - 20

2 - 10

100

80 - 95

70 - 90

50 - 7035 - 55

20 - 40

10 - 30

5 - 17

2 - 10

El agua de la mezcla debe ser limpia y libre de sustancias que puedan daar alconcreto o al acero. Se recomienda agua potable, en caso contrario el agua debe

ser ensayada, de tal manera de asegurar que la resistencia de los cubos de morterosea como mnimo el 90% de la resistencia de cubos de mortero hechos con aguadestilada. El agua de curado deber estar libre de sustancias que puedan daar elconcreto.

Se usan aditivos para mejorar las propiedades del shotcrete, stos pueden ser: losacelerantes de fragua, que no debern se usados en ms del 2% en peso delcemento; los reductores de agua; y los retardantes. Recientemente se haintroducido la microslica como un aadido cementante, sta es una puzolanaextremadamente fina que utilizada en cantidades del 8 al 13 % por peso delcemento, permite duplicar y hasta triplicar la resistencia del shotcrete, ademsreduce el rebote, mejora la adhesin a la superficie de la roca y permite colocar

agua

aditivos

4.6.2 Materiales componentes del shotcretey sus proporciones en la mezcla

El cemento que se utiliza normalmente es el Prtland Estndar Tipo I.

Los agregados combinados deben presentar una de las graduaciones mostradasen el Cuadro 4.1. Cmo regla prctica, los agregados ms grandes no deberan serms de 16 mm. La experiencia ha mostrado que con agregados de ms de 16 mm seincrementa drsticamente el rebote, aproximadamente el 60-70 % de losagregados sobre 8 mm estn contenidos en el rebote. Por otro lado, debe habersuficiente cantidad de finos, menores de 0.2 mm, para formar una capa inicialsobre la superficie de la roca.

cementoagregados

Cuadro 4.1

Lmites de graduacin para agregados combinados

Porcentaje de peso pasante

Graduacin N 3

GruesoGraduacin N 1

Fino

Graduacin N 2

Medio

MALLA

130


33/62

capas de hasta 200 mm de espesor en un paso simple, por su calidad pegajosa, sinembargo, en la mezcla hmeda, esta calidad de pegajosa disminuye la facilidad detrabajo, requirindose de superplastificantes para restaurar dicha facilidad detrabajo.

Como elementos de refuerzo, se tienen principalmente las fibras de acero, la mallaelectrosoldada firmemente adosada a la superficie de la roca (la malla eslabonadano es ideal para la aplicacin del shotcrete, debido a la dificultad del shotcrete parapenetrar la malla) y las varillas de fierro o acero corrugadas libres de aceites, grasas,polvo u otros materiales que puedan afectar la adhesin del shotcrete.

elementos de refuerzo

La prctica y experiencia indica que las proporciones ms adecuadas son:

- Cemento 20%3

- Para mezcla seca 320 - 460 Kg/m (menos parashotcrete grueso y ms para el fino)

- Agregados y gruesos 15% al 20%

- Agregados finos 60% al 65%

- Relacin agua cemento (mezcla seca): 0.30 - 0.50

- Relacin agua cemento (mezcla hmeda): 0.40 - 0.55

En mezclas hmedas el contenido de agua usualmente produce un slump de msde 50 mm.

Cuando los slumps son mayores de 150 - 175 mm, se pierde la cohesin y losagregados gruesos tienden a separarse. El slump recomendado es de 38 a 75 mm.

Con las relaciones agua-cemento indicadas, se logran resistencias de 20 - 48 MPaa 20 das. En mezclas secas se pueden lograr resistencias de hasta 69 MPa.

La accin conjunta del shotcrete y la roca, impide que stos se deformenindependientemente.

La interaccin induce la formacin de un esfuerzo radial de confinamiento,que controla las deformaciones y que aplicado sobre la periferia de laexcavacin, ayuda a la formacin de un arco de sustentacin.

El shotcrete mantiene el entrabe de las posibles cuas o bloques rocosos,sellando las discontinuidades o grietas producidas por la voladura.

Evita la alteracin de minerales inestables presentes en el macizo rocosoexcavado, por efecto del intemperismo.

4.6.3 Principios de accin del shotcrete en elsostenimiento de excavaciones rocosas

131


34/62

4.6.4 Aplicacin del shotcrete

La calidad del shotcrete final depende de los procedimientos usados en suaplicacin. Estos procedimientos incluyen: la preparacin de la superficie,tcnicas del lanzado (manipulacin de la boquilla o tobera), iluminacin,ventilacin, comunicacin y el entrenamiento de la cuadrilla.

El shotcrete no debe ser aplicado directamente a la superficie rocosa seca, conpolvo o congelada. El rea de trabajo debe ser rociada con un chorro de aire-aguapara remover la roca suelta y el polvo de la superficie donde se aplicar el shotcrete.La roca hmeda crear una buena superficie, sobre la cual se colocar la capa inicialde shotcrete. En caso de aplicar varias capas de shotcrete, antes de aplicar lasiguiente capa es necesario limpiar la anterior para una buena adherencia.

El hombre que manipula la boquilla deber hacerlo del siguiente modo:

La posicin de trabajo debe ser tal, que haga posible cumplir con lasespecificaciones que se dan a continuacin. La Figura 4.27, muestra algunasde las posiciones de trabajo recomendables.

Figura 4.26 Comportamiento del shotcrete en cuas o bloques.

Peso

Capa de shotcreteCapa de shotcrete

La distancia ideal de lanzado es de 1 a 1.5 m. El sostener la boquilla msalejada de la superficie rocosa, resultar en una velocidad inferior del flujode los materiales, lo cual conducir a una pobre compactacin y a un mayorrebote.

132


35/62

Respecto al ngulo de lanzado, como regla general, la boquilla debe serdirigida perpendicularmente a la superficie rocosa. El ngulo de lanzado nodebe ser menor de 45.

Extremadorebote Altorebote

Bajorebote

Correcto

Incorrecto

Concreto

Figura 4.27 Posiciones correctas de lanzado.

Figura 4.28 ngulo de lanzado.

1 2

3

Vista de planta

133


36/62

Cuando se instala shotcrete en paredes, la aplicacin debe iniciarse en labase. La primera capa de shotcrete debe cubrir en lo posible completamentelos elementos de refuerzo. Aplicando el shotcrete desde la parte inferior,aseguramos que el rebote no se adhiera sobre la superficie rocosa. Esteprocedimiento evita que posteriormente se presente el fenmeno delshotcrete falso. (Ver Figura 4.30)

A fin de distribuir uniformemente el shotcrete, la boquilla debe ser dirigidaperpendicularmente a la superficie rocosa y debe ser rotada continuamenteen una serie de pequeos ovalos o crculos.

Concreto

Roca

Figura 4.29 Distribucin uniforme del shotcrete con pequeos movimientos circulares.

1.0 - 1.5 m

134


37/62

Cuando se aplica shotcrete sobre elementos de refuerzo como varillas omalla, es importante que stos queden completamente bien encapsulados

dentro del mortero o concreto. Para esto es necesario dirigir la boquilla endireccin normal a la superficie o a un ngulo ligeramente inclinado a lanormal de la misma, para permitir un mejor encapsulamiento y minimizarla acumulacin del rebote.

2

CORRECTO INCORRECTO

Rebote(Luego concreto lanzado falso)

Concreto

Tambin es necesario tener en consideracin, que es esencial que elabastecimiento de aire sea consistente y tenga suficiente capacidad para asegurar elsuministro constante y permanente de shotcrete a alta velocidad a la superficierocosa.

Un operador bien entrenado puede producir manualmente shotcrete deexcelente calidad, cuando el rea de trabajo est bien iluminado y ventilado, y

Figura 4.30 Secuencia de aplicacin del shotcrete.

Figura 4.31 Recubrimiento de los elementos de refuerzo.

CORRECTO INCORRECTO

1

2

1

El mortero o concreto debe emerger de la boquilla con un flujo continuo yno interrumpido. Si por alguna razn el flujo es intermitente, el operadorde la boquilla debe dirigir el flujo fuera del rea de recepcin, hasta que elflujo vuelva a ser constante..

135


38/62

Cuando el shotcrete es aplicado a la masa rocosa con juntas bien definidas yportantes de agua, es importante proveerla de drenaje a travs de la capa deshotcrete, a fin de liberar las altas presiones de agua. Taladros de drenaje, fijadoscon tubos plsticos como los ilustrados en la Figura 4.33 son comnmenteusados para este propsito. Donde la filtracin de agua no es restringida a pocosrasgos estructurales especficos, una esterilla de fibra porosa puede ser adosada a lasuperficie de la roca antes que la capa de shotcrete sea aplicada. Cuando se practicael drenaje, el agua de los drenes deber ser colectado y dirigido a una cuneta osumidero.

cuando los miembros de la cuadrilla estn en buena comunicacin los unos conlos otros, usando signos manuales pre-establecidos o equipos de radio. Paraaliviar el cansancio y dar mayor confort al trabajador, se est incrementando el usode sistemas robticos compactos para permitir que el operador opere a control

remoto la boquilla.

Figura 4.32 Empleo de equipo robtico para shotcrete.

Tubos paradrenajeRoca

Capa deshotcrete

Falla

Figura 4.33 Taladros de drenaje.

Falla Agua

Tubosde drenajeCapa de

shotcrete

136


39/62

4.6.5 Consideraciones varias

Para mezcla seca, el medio ms efectivo de reducir el rebote incluye: ladisminucin de la presin de aire, el uso de mayor cantidad de finos, el pre-humedecimiento de la superficie y el lanzado a una consistencia estable.

Una de las grandes ventajas del proceso de mezcla hmeda es el bajo rebote. Lacantidad de rebote depende de la consistencia del concreto, uso de acelerantes,tcnicas de lanzado y graduacin de los agregados.

En el proceso de mezcla hmeda el rebote est entre 10% y 20% por peso, mientrasque el proceso de mezcla seca el rebote puede ser de 15% - 40% para paredes

verticales y 20% - 50% para techos.

Las siguientes condiciones podran reducir el rebote: contenido de cemento msalto, ms finos en la mezcla, tamaos ms pequeos de los agregados mximos,adecuado contenido de humedad de los agregados, una graduacin ms fina y lainclusin de la microslica.

Es necesario adems recordar que las prcticas adecuadas de manipulacin de laboquilla inciden en el menor rebote.

4.6.5.1 Rebote

4.6.5.2 Espesor de la aplicacin

4.6.5.3 Curado

Siempre que sea posible el shotcrete debe ser aplicado a su espesor completo dediseo en una sola capa. ste puede ser aplicado en capas o espesores simples,dependiendo de la posicin de trabajo. En el techo el espesor debe ser el necesariopara evitar la cada del shotcrete, generalmente de 1 a 2 (25 - 50 mm) en cadapasada. En las paredes verticales puede ser aplicado en capas o espesores simples.En cualquiera de los casos el espesor de una capa es principalmente gobernado porel requerimiento de que el shotcrete no caiga.

Al igual que el concreto, el shotcrete tambin debe ser curado de tal manera quesu resistencia potencial y su durabilidad sean completamente desarrollados.El mejor mtodo de curado es mantener hmedo el shotcrete continuamente por7 das, utilizando para tal fin el agua. El curado natural puede ser consideradosiempre y cuando la humedad relativa del lugar sea mayor de 85%.

137


40/62

4.6.5.5 Control de calidad

4.6.5.4 Presin del aire

La presin del aire de operacin es la presin de conduccin del material desde lamquina hacia la manguera. Una regla prctica es que la presin de operacin nodebe ser menor de 175 KPa (26 psi) cuando se utiliza una manguera de 30 m delongitud o menos. La presin debe incrementarse en 35 KPa (5 psi) por cada 15 madicionales de longitud de manguera y 35 KPa ( 5 psi) por cada 8 m adicionalessobre el equipo.

Para la mezcla hmeda el equipo requiere un suministro de como mnimo33m /min a 700 KPa (0.5 psi) para una operacin adecuada.

El shotcrete es un material que requiere cuidadosa atencin, desde el diseo hastasu colocacin. Esto es ms un arte que una ciencia. Por consiguiente es esencialque se establezcan adecuados procedimientos de control de calidad para asegurarun buen producto final.

Los factores que determinan la calidad del shotcrete y sobre los cuales debenllevarse a cabo controles de calidad son: el diseo, los materiales, el equipo deaplicacin, el personal de operacin, las tcnicas de aplicacin, la inspeccin y losprocedimientos de los ensayos.

Se debe asegurar que el espesor del shotcrete, el refuerzo y las proporciones de lamezcla estn de acuerdo al diseo.

Se debe asegurar que el suministro, el manipuleo y el almacenamiento de losmateriales cumplan con las especificaciones, las mismas que deben teneraprobacin por parte de la autoridad de diseo.

Se debe asegurar que los requerimientos de aire, presin y volumen del equipo deaplicacin sean los correctos y que la magnitud de lanzado, el mezclador, lamanguera, etc, sean adecuadamente mantenidos, limpiados, calibrados y

chequeados regularmente.

El control de calidad del personal de operacin, asegurar una alta calidad delshotcrete y debe apuntar a dos aspectos: capacitacin y evaluacin del personal ya la ejecucin de ensayos de pre-construccin.

El control de calidad de las tcnicas de aplicacin, debe asegurar que losprocedimientos y tcnicas descritas en este documento sean fielmente seguidosdesde que stos representan una buena prctica del shotcrete. ste es uno de losfactores ms importantes que deberan ser considerados en la instalacin delshotcrete.

138


41/62

El control de calidad en la inspeccin, est referido a la presencia del personalcalificado para implementar los procedimientos del control de calidad. Estepersonal debe estar familiarizado con todas las fases de los procesos del shotcrete,especialmente con las tcnicas de aplicacin; asimismo, debe inspeccionar

continuamente los trabajos y tambin ser responsable de los ensayos de campo.Un aspecto importante del control de calidad, es el ensayo de propiedades fsicasdel shotcrete antes, durante y despus de la colocacin. Existen normas quedescriben en detalle todos los procedimientos de ensayo. Normalmente, lasedades de los ensayos de resistencia compresiva son 7,14 y 28 das, sin embargo,para aplicaciones particulares pueden establecerse periodos ms cortos.

Otros ensayos pueden ser requeridos como el contenido de agua, contenido decemento, absorcin de agua, etc. La aceptacin del shotcrete deber estar basada

sobre los resultados obtenidos en los ensayos realizados.

Figura 4.34 Ensayo de compresin simple uniaxial.

139


42/62

Este tpico sostenimiento pasivo o soporte es utilizado generalmente para elsostenimiento permanente de labores de avance, en condiciones de masa rocosaintensamente fracturada y/o muy dbil, que le confieren calidad mala a muymala, sometida a condiciones de altos esfuerzos. Para lograr un control efectivo dela estabilidad en tales condiciones de terreno, las cimbras son utilizadas debido a suexcelente resistencia mecnica y sus propiedades de deformacin, lo cualcontrarresta el cierre de la excavacin y evita su ruptura prematura. La ventaja esque este sistema contina proporcionando soporte despus que hayan ocurridodeformaciones importantes.

Las cimbras son construidas con perfiles de acero, segn los requerimientos de laforma de la seccin de la excavacin, es decir, en forma de bal, herradura oincluso circulares, siendo recomendable que stos sean de alma llena. Hay dostipos de cimbras, las denominadas rgidas y lasdeslizantes o fluyentes. Lasprimeras usan comnmente perfiles como la W, H, e I, conformadas por dos otres segmentos que son unidos por platinas y pernos con tuerca. Las segundasusan perfiles como las V y , conformadas usualmente por tres segmentos que

se deslizan entre s, sujetados y ajustados con uniones de tornillo.

4.7.1 Generalidades

4.7 CIMBRAS METLICAS

FORMAS BAL

Figura 4.35 Cimbras rgidas.

FORMA CIRCULAR

Invert

FORMA HERRADURA

140


43/62

Los accesorios en este sistema de sostenimiento son los tirantes de conexin de lascimbras, el encostillado y los elementos de bloqueo. Los tirantes pueden consistirde varillas de fierro corrugado o liso generalmente de 1 de dimetro u otroelemento estructural. El encostillado puede ser realizado con planchas metlicasacanaladas y en algunos casos en las minas se utilizan tablones de madera. Loselementos de bloqueo pueden ser la madera o los bolsacretos, estos ltimos sonsacos conteniendo agregados con cemento, los cuales son rociados con agua parapermitir su fraguado una vez colocados entre las cimbras y la pared rocosa; elconcreto dbil as formado proporciona un adecuado bloqueo para transferir lascargas uniformemente sobre las cimbras.

Figura 4.37 Uso de los bolsacretos como bloqueo.

Figura 4.36 Cimbras delizantes.

Empalme de lacimbra deslizante

en forma

Planchas acanaladas

Bolsacretos

141


44/62

Para el rango de los tamaos de las excavaciones de las minas peruanas, las cimbrasrgidas comnmente utilizadas son las 4W13 (perfiles W de 4 de ancho x 4 deprofundidad y 13 lb/pie) o equivalentes, espaciadas de 0.75 a 2 m, las mismas quecorresponden a cimbras ligeras para excavaciones de hasta 4 m de abierto. En caso

de altas presiones del terreno, estas cimbras podran construirse a seccincompleta, colocando una solera (invert) curvada hacia abajo o de otro modopodran ser de forma circular.

En los casos que las cimbras indicadas no fueran suficientes para excavaciones dehasta 4 m de abierto, por las altas presiones de la roca, pueden utilizarse cimbrasmedianas como las del tipo 6W20 o equivalentes o alternativamente cimbrasdeslizantes. Las cimbras 6W20 tambin son comnmente utilizadas paraexcavaciones con abiertos de hasta 6 m. Es poco usual pasar al uso de cimbraspesadas como las de la serie 8W o equivalentes, las anteriores son suficientes para

los propsitos indicados.

Figura 4.38 Accesorios de conexin.

Encostilladocon madera

Perfil de acero

Tirantes

Platina de unin

Platina de base

142


45/62

Para que el sistema de soporte pueda actuar debidamente, es necesario consideraralgunos aspectos importantes en su instalacin.


En primer lugar, en lo que concierne a la evolucin de las cargas, espreferible que el soporte se instale lo antes posible, pues cualquier retraso yasea en tiempo o en distancia al frente se traduce en aumentos de la presinsobre el techo, si prevalecen las cargas de descompresin o roca suelta.

Para iniciar la colocacin de un tramo con cimbras, se debe proceder aasegurar el techo, lo cual se podr realizar mediante la colocacin deshotcrete temporal o marchavantes de ser necesario.

Figura 4.39 Instalacin de cimbras utilizando marchavantes.

Arco de acero

Marchavantes

Encostilladode madera

143

Marchavantes

Tirantes

Tirantes


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Todas las cimbras deben estar correctamente apoyadas y sujetas al pisomediante dados de concreto, debindose mantener su verticalidad, para locual se requerir de ser necesario, asegurar la cimbra anclndola concncamos a las paredes. Las siguientes cimbras a colocar se asegurarn con

los tirantes y se protegern en forma sistemtica con el encostillado.El bloqueo de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para que puedahaber una transferencia uniforme de las cargas rocosas sobre las cimbras. Sino se realiza un buen bloqueo las cimbras no sern efectivas. Por lo tanto esimportante realizar correctamente esta labor.

Es muy importante que la instalacin sea cimbra por cimbra y no variascimbras a la vez, es decir, completar la instalacin de una cimbra paracomenzar con la siguiente.

Para que este tipo de sostenimiento funcione bien, deben cumplirse las siguientescondiciones:

Riguroso paralelismo de los elementos.

Adecuada adaptacin a las paredes, caso contrario los elementosflexionarn hacia el exterior.

Resistencia conveniente del conjunto, que depende de las uniones,instalacin y control.

Estrecho o apretado contacto entre la cimbra y el contorno de la roca a lacual soporta en todo su permetro, a fin de desarrollar tempranamente sucapacidad de sostenimiento, antes de que ocurran deformaciones

significativas hacia el interior de la excavacin.

La supervisin de la mina no aprobar ninguna cimbra que est malcimentada, no conserve su verticalidad ni su alineamiento; asimismo, sistas no se encuentran correctamente topeadas a la superficie de laroca.

4.7.3 Control de calidad

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4.8 GATAS

Constituyen unidades de soporte mecnico de los techos de las excavaciones, que

funcionan a manera de puntales, generalmente utilizadas en el minado de rocassuaves como es tpicamente el minado por frentes largos en los yacimientos decarbn; sin embargo, en el minado en roca dura tienen algunas aplicaciones, porejemplo, como elemento auxiliar antes de la instalacin de los pernos de roca opara la instalacin de la malla metlica y en el minado de vetas de buzamientoechado, tipo manto, para complementar el sostenimiento del techo con pilaresnaturales. Aisladamente se utilizan para soportar bloques o cuas potencialmenteinestables del techo de los tajeos.

Las gatas usualmente utilizadas son las de friccin y las hidrulicas o

neumticas. Las primeras funcionan a manera de tubos telescpicos, fijndoselos tubos inferior y superior mediante mecanismos de cuas o pines con la ayudade un mecanismo expansor para el topeo al techo. Las segundas son elementosque tienen caractersticas de fluencia a una carga especfica, la cual escomplementada por un cilindro de soporte hidrulico o neumtico equipadocon vlvulas de liberacin de presin.

Figura 4.40 Gata de friccin.

Las gatas o puntales que son utilizados como elemento auxiliar antes de lainstalacin de los pernos o para la instalacin de la malla metlica, son elementosligeros que tienen una capacidad de carga de 10 a 15 toneladas. Las gatas o puntalespesados para soporte de techos tienen una capacidad portante de 20 a 40toneladas. Vienen en diferentes longitudes.

Dentro de las modalidades de gatas mencionadas, existe una amplia gama detipos, por lo que es importante ceirse a los procedimientos especificados por los

fabricantes para la instalacin y desinstalacin de las mismas. Particularmente sedebe tomar muy en cuenta los procedimientos de desinstalacin, desde que enesta actividad representa peligro de cada de rocas.

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4.9 MADERA

4.9.1 GeneralidadesEl sostenimiento con madera fue el smbolo del minado subterrneo hasta antesque se hayan desarrollado las nuevas tecnologas de sostenimiento.

Actualmente el sostenimiento con madera tiene menor importancia frente a losavances que han habido en las tcnicas de control de la estabilidad del terreno; sinembargo, tiene gran significancia histrica debido a que fue introducida hacevarios siglos. En algunas minas peruanas la madera an sigue siendo utilizada

como elemento de sostenimiento, principalmente en el minado convencional devetas. Su rol es proteger la excavacin contra la cada de rocas, debido a laseparacin de la roca de los contornos de la misma o a lo largo de planos dedebilidad, causados por la intemperizacin y fracturamiento del terreno debido ala voladura y otros factores.

En la actualidad, la madera se utiliza por su adaptabilidad a todo tipo de terreno,por su versatilidad para soportar todo tipo de esfuerzo y por sus caractersticas dedeformabilidad, lo cual permite detectar en forma temprana los desplazamientoshacia el interior de la excavacin. En emergencias su uso como sostenimiento es

muy valioso. Sus inconvenientes son: costo relativamente alto, elevado uso demano de obra por el tiempo comparativamente largo de su instalacin, limitadaduracin (puede descomponerse) y riesgo de fuego.

Cuando se usa la madera como elemento de sostenimiento es importante tomaren cuenta que:

La madera seca dura ms que la fresca o hmeda.

La madera sin corteza dura ms que aquella que conserva la corteza.

La madera tratada o curada con productos qumicos con la finalidad deevitar su descomposicin, dura ms que la no curada

La madera en una zona bien ventilada dura ms que en una zona hmeda ycaliente.

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4.9.2 Tipos de estructuras de madera

para el sostenimiento

Aqu solamente nos referimos al uso de la madera como elemento de

sostenimiento, por que la madera tambin tiene otros usos en el minadosubterrneo, como la construccin de buzones, tolvas, estructuras para piques,chimeneas, barreras de contencin para el relleno de tajeos, etc. Comosostenimiento la madera se utiliza principalmente en forma de puntales, paquetes,cuadros y conjunto de cuadros.

4.9.2.1 Puntales

Es el tipo ms comn de sostenimiento, donde un simple poste de madera esfijado verticalmente en una abertura para sostener el techo o perpendicularmenteal 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 asla falla de la roca y el cierre de la excavacin. Para el sostenimiento de las falsas cajasen vetas angostas, los puntales son elementos valiosos.

Los puntales son miembros compresivos con rangos de resistencia de 7 a 10 MPa,construidos de madera redonda de 5 a 10 de dimetro y longitudes que nodeben superar los 3.5 m, para evitar su pandeo y prdida de resistencia.

La seccin circular de un puntal ofrece una mayor capacidad portante que lassecciones cuadradas. Cuanto menor sea la longitud de un puntal, stos ofrecen

mayor capacidad portante. Los puntales deben ser empleados con el uso deplantillas y cuas. La plantilla es usada para distribuir la carga en los extremos del

Patilla

Figura 4.41 Puntales de seguridad para falsas cajas.

Plantilla

Puntal

Mineral

Mineral roto

Relleno

CAJA TECHO

CAJA PISO

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4.9.2.2 Paquetes de madera (woodpacks)

Cuando los puntales de madera no son suficientes para soportar el techo de unaexcavacin, una alternativa de soporte es el uso de paquetes de madera. Este tipode soporte es particularmente eficiente cuando se desarrollan fallas extensivassobre el techo del tajeo, donde un gran peso muerto de la roca necesita sersoportado. Su uso est asociado al mtodo de minado por corte y rellenodescendente y tambin al mtodo de cmaras y pilares, puesto que stos pueden

ayudar a complementar el sostenimiento con pilares naturales e incluso permitirla recuperacin parcial de los pilares de mineral.

Existen varias configuraciones de paquetes de madera, lo importante de todas ellases que tengan la mayor cantidad de rea slida efectiva resultante del proceso deacomodamiento de la madera, puesto que a mayor rea efectiva, mayor ser lacapacidad portante del paquete. Una configuracin de un paquete de madera quese est utilizando con xito en nuestro medio es el que se muestra en las Figuras4.42 y 4.43. En este caso los cuadros rectangulares o unidades del paquete tienen0.45 m x 1.20 m (dimensiones externas), construidos con madera cuadrada de 6de lado. Un paquete armado con estas unidades tiene un rea efectiva de soporte

2de 0.63 m y puede desarrollar una capacidad de soporte de 90 Ton.

puntal y para ayudar a mantener el extremo del puntal sin romperse cuando elpeso es aplicado sobre ste. La cua es usada para ajustar el poste contra el techo. Elespaciamiento de los puntales depender de las caractersticas de la roca y deltamao del puntal. En algunos casos se suele combinar el puntal con el uso de la

malla metlica, para retener los bloques sueltos ubicados entre los puntales.

Figura 4.42 Paquete de madera (woodpack).

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En la configuracin del paquete indicado, las unidades que la conforman puedenser fcilmente manipuladas por un trabajador, facilitando y ahorrando tiempo enla instalacin. Adems, ofrece la posibilidad de armar paquetes ms robustos(mayor rea en planta), para condiciones ms desfavorables de terreno,simplemente agrandando la disposicin de las unidades.

stos son utilizados para sostener galeras, cruceros y otros trabajos de desarrollo,en condiciones de roca fracturada a intensamente fracturada y/o dbil, de calidadmala a muy mala y en condiciones de altos esfuerzos. Si las labores son conducidasen mineral, el enmaderado debe ser ms sustancial para mantener la presin y elmovimiento de roca en los contornos de la excavacin.

Los principales tipos de cuadros que usualmente se utilizan son: los cuadros rectos,los cuadros trapezoidales o denominados tambin cuadros cnicos y los cuadros

cojos. Todos estos son elementos unidos entre s por destajes o por elementosexteriores de unin, formando una estructura de sostenimiento.

Son usados cuando la mayor presin procede del techo. Estn compuestos portres piezas, un sombrero y dos postes, asegurados con bloques y cuas, en dondelos postes forman un ngulo de 90 con el sombrero. En ciertos casos los postesvan sobre una solera. Estos cuadros estn unidos por los tirantes, los cualesdeterminan el espaciamiento de los mismos, que vara de 2 a 6 pies segn la calidad

del terreno. Para completar el sostenimiento se adiciona el encribado en el techo,generalmente con madera redonda y el enrejado en los hastiales con maderaredonda, semiredonda o entablado.

Cuadros rectos

4.9.2.3 Cuadros

Figura 4.43 Unidades que conforman el woodpack.

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En labores de avance horizontales o subhorizontales, los postes son instaladosverticalmente y en labores con buzamiento (en mineral), los postes soninstalados en forma perpendicular al buzamiento, de tal manera que el sombreroquede paralelo a las cajas.

Cuadros cnicos

Son usados cuando la mayor presin procede de los hastiales. La diferencia con loscuadros rectos, solo radica en el hecho de que en los cuadros cnicos se reduce lalongitud del sombrero, inclinando los postes, de tal manera de formar ngulos de78 a 82 respecto al piso, quedando el cuadro de forma trapezoidal.

Figura 4.44 Esquema de un cuadro recto.

Sombrero

Postes

Figura 4.45 Esquema de un cuadro cnico.

Sombrero

Postes

Enrejadoy topeado

Encribado

EncribadoEnrejadoy topeado

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Cuadros cojos

Estos estn compuestos por solo un poste y un sombrero. Se utilizan en vetasangostas menores de 3 m de potencia. Su uso permite ganar espacio de trabajo.Pueden ser verticales o inclinados segn el buzamiento de la estructura

mineralizada. Estos cuadros deben adecuarse a la forma de la excavacin para quecada elemento trabaje de acuerdo a las presiones ejercidas por el terreno.

Este es un mtodo costoso con baja productividad y solo utilizado en mineralesde alta ley para una mxima recuperacin, cuando no se pueden utilizar cuadrossimples (rectos o cnicos), lo cual ocurre cuando las dimensiones de la estructuramineralizada o de la labor minera superan los 3 m. El mtodo de minado porconjunto de cuadros ha sido generalmente convertido a sistemas de corte yrelleno.

Este sistema de sostenimiento est formado por: postes, sombreros y tirantes,sistemticamente armados, en lo posible alineando los cuadros de madera con ladireccin del mximo esfuerzo. El conjunto debe ser bloqueado ajustadamente alas paredes, al frente y al techo, para dar mximo soporte en terrenos malos.

4.9.2.4 Conjunto de cuadros

Figura 4.46 Esquema de un cuadro cojo.

Sombrero

poste

Enrejadoy topeado

Encribado

Tambin se usa conjunto de cuadros en los piques, pero su funcin primaria esdividir al pique en compartimientos y como un medio de fijar las guas, tubos,cables, etc. El bloqueo del conjunto de cuadros proporciona un mnimo de

sostenimiento al terreno, el sostenimiento principal de la masa rocosa del pique,de ser requerido, deber efectuarse con pernos y/o malla y/o shotcrete.

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Figura 4.47 Conjunto de cuadros.

Los aspectos ms importantes de la instalacin del sostenimiento con madera son:

Las precauciones que deben tomarse antes del enmaderado, comocomprobar la ventilacin, el desatado correcto del techo, cajas y frente,sostener provisionalmente la labor de ser necesario, colocar guarda cabeza yla limpieza del piso.

Asegurar que el personal est entrenado y capacitado adecuadamente pararealizar el sostenimiento. ste deber conocer las reglas de seguridad, latcnica de enmaderar derrumbes y zonas de terreno dbil, separar la maderarota y rendida, saber colocar puntales de seguridad, armar y reparar cuadrosen galeras y tajeos, conocer las medidas ms comunes de la madera, aserrary hacer destajes a la madera, no dejar inconcluso el enmaderado, utilizar lasherramientas adecuadas, etc.

4.9.2.5 Procedimientos de instalacin

Postes

Sombreros

Espiga

Tirantes

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Para el caso de los cuadros de madera, que es el sistema de sostenimientoms utilizado en la minera peruana, una gua de instalacin sera: alinear ymedir la ubicacin de la solera, excavar el canal para la solera, colocar ybloquear la solera, parar los postes, preparar el andamio, clavar el tope al

sombrero, colocar el sombrero, bloquear el sombrero, clavar los tajos paratirantes, colocar los tirantes, colocar el puente, encribar el techo, bloquearel puente, enrejar los costados y desarmar el andamio.

Es muy importante para el rendimiento del sostenimiento con madera, quetoda unin este bien ajustada y bloqueada al terreno. Si esta condicin no escumplida, las presiones del terreno pueden desviar la estructura de madera,pudiendo llevarla al colapso. En tal sentido, es recomendable hacer un buenuso de los elementos accesorios de sostenimiento.

En el caso del sostenimiento con madera, el control de calidad deber dirigirse averificar la correcta instalacin de los elementos de sostenimiento y a realizarinspecciones visuales del rendimiento del sostenimiento.

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Uno de los elementos ampliamente usados como medio de sostenimiento

artificial en el minado subterrneo, es el relleno colocado en los tajeos vacos. Parademostrar el potencial del sostenimiento con relleno se consideran los tressiguientes mecanismos:

El relleno restringe los desplazamientos de los bloques sueltos de las paredesdel tajeo, lo cual previene la perturbacin progresiva de la masa rocosa.

El relleno acta como soporte de las paredes rocosas del tajeo, las cualesestn sujetas a desplazamientos inducidos por el minado adyacente.

Si la masa del relleno es adecuadamente confinada, puede actuar como unelemento de sostenimiento global en la estructura de la mina.

Estos tres mecanismos representan el rendimiento del relleno como componente

de sostenimiento superficial, local y global en la estructura de la mina. Surendimiento como elemento de sostenimiento est relacionado a las propiedadesde la roca y a las propiedades del relleno.

La historia del minado de cuerpos mineralizados y las investigaciones realizadas enlos ltimos 35 aos, han mostrado una evolucin general de los conceptosiniciales de diseo, debido al mejor entendimiento de las propiedades yrendimiento in-situ de los diferentes tipos de relleno, tambin delcomportamiento del mineral remanente y masa rocosa circundante al tajeo. Estoest permitiendo altas recuperaciones de las reservas mineralizadas y un adecuadocontrol de la dilucin.

4.10 RELLENO

Figura 4.48 a) Restriccin de cada de bloques, b) Soporte de la pared rocosa, c) Sostenimiento global.

Desplazamientode la rocafracturada

Desplazamientodel bloque

Cierre del tajeopor el minadoadyacente

Esfuerzosinternos

generados por elcierre del tajeo

Cargas sobrelas paredes deltajeo porrespuesta derelleno

a) b) c)

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La ingeniera de minas moderna confiere al relleno una funcin estructuralasociada al minado subterrneo. Segn esto, el rol estructural del relleno ser:tener un piso para minar encima, tener un techo para minar debajo o tener unapared para minar al costado. Los dos primeros estn asociados respectivamente al

mtodo de minado por corte y relleno ascendente y descendente, mientras eltercero est asociado al minado masivo de recuperacin de pilares, en el cual, elxito del relleno est en que durante la recuperacin de pilares las paredes delrelleno deben permanecer autoestables. En cualquier caso, la funcin y laobligacin de la masa del relleno, puede ser prescrita cuantitativamente,diseando geomecnicamente el relleno como cualquier otro componente de laestructura de la mina, para satisfacer la obligacin prescrita.

Pilar

Tajeoprimarioen rotura

Pilar

Tajeoprimariocon rellenocementado

Pilar enrecuperacin

Tajeo secundario opilar recuperado

Relleno - contenido decemento : 9%

Relleno contenido de cemento : 20 %

Relleno -contenido decemento: 9%

Relleno - contenidode cemento: 20%

Zona minada2,5 m

1,5 m Malla dealambre

Figura 4.50 Mtodo de tajeos por subniveles con relleno cementado y recuperacin de pilares en mineral.

Figura 4.49 Mtodo de minado corte y relleno descendente con losas de relleno cementado.

Material disparado ( 30 cm)

Tajeos primarioscon relleno cementado.Paredes autoestables.

Malla dealambre

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Para el caso de tener solo un piso para minar encima se utilizan rellenos nocementados y para los casos de tener un techo para minar debajo y tener una paredpara minar al costado se utilizan rellenos cementados. Los rellenos no cementadosson los convencionales como el relleno mecnico (detrtico, desmonte rocoso,

relaves secos, etc.) y el relleno hidrulico generalmente con relaves cicloneados.Los rellenos cementados que ms se utilizan en la actualidad, utilizados solos ocombinados, son:

La seleccin de un sistema de relleno cementado depender bsicamente de lafuncin estructural que asumir el relleno en una determinada situacin deminado, de la economa en la produccin del relleno y del rendimiento delrelleno. El agente cementante usualmente utilizado es el cemento PrtlandEstndar Tipo I. Tambin se usan como agentes cementantes, materiales quepresentan actividad puzolnica como las escorias de fundicin.

Relleno hidrulico cementado, constituido por una mezcla de relavesgruesos y en algunos casos finos, con cemento, colocado hidrulicamenteen los tajeos.

Relleno con agregados cementados, que es una mezcla de agregadosgruesos y finos, graduados convenientemente, con cemento y agua, similara un concreto pobre. Los materiales son mezclados antes de ser conducidose introducidos al tajeo. El transporte de la mezcla puede combinar el uso decamiones y scoop o se puede utilizar tambin el transporte por tubera.

Relleno rocoso cementado, constituido por una mezcla de desmonterocoso graduado y lechada de cemento sin proceso de mezclado previo. Lamezcla se produce rociando la lechada sobre el desmonte contenido en latolva de un camin antes de depositarlo en el mismo tajeo.

Relleno en pasta, tpicamente constituido por relaves y cemento,transportados a alta densidad y con un bajo contenido de humedad. Elrelleno es transportado hacia el tajeo mediante tubera, y para que elmaterial tenga propiedades de flujo, es importante que contenga comomnimo 15 % en peso de partculas menores de 20 micrones, con unaconsistencia (slump) de 6 a 10.

elleno hidrulico cementado

elleno con agregados cementados

elleno rocoso cementado

elleno en pasta

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Todos los aspectos antes desarrollados sobre el sostenimiento en el minado

subterrneo, estn referidos a casos comunes utilizados en la minera para elcontrol de la estabilidad de las labores mineras. Sin embargo, hay otras tcnicas desostenimiento que son utilizadas en el minado subterrneo, las mismas que semencionan a continuacin.

4.11 OTRAS TCNICAS DE SOSTENIMIENTO

4.11.1 Refuerzo de pilares

En pilares importantes asociados a excavaciones permanentes, cuando stos son

inestables, se suele utilizar: pernos pasantes, cables pasantes o cables enrollados alpilar, siendo esta ltima conocida como el enzunchado de pilares, de tal maneraque se llega a estabilizar el pilar inestable. Los cables que se utilizan son los mismoscables de refuerzo para el sostenimiento de excavaciones mineras.

Figura 4.51 Reforzamiento de pilares.

PERNOS PASANTES AL PILAR

CABLES PASANTES

CABLES ENRROLLADOS AL PILAR

Pilar vista de planta

PernosCables

Cables

Techo

Piso

Pilar

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Pilar

Pilar


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En relacin al sostenimiento con cimbras, una alternativa de los marchavantes esla utilizacin de pilotes de fierro corrugado cementados o no cementados,

4.11.4 Pilotes de fierro corrugado

4.11.3 Consolidacin del terreno

4.11.2 Usos del concreto armado

Las estructuras de concreto armado, pueden ser utilizadas para realizarrevestimientos de concreto de excavaciones permanentes importantes como:estaciones de piques, galeras de nivel, echaderos de mineral principales, etc. oasociadas a las labores de preparacin de mtodos de minado por hundimientos.Tambin el concreto armado es utilizado para construir muros de concreto en loshastiales de labores mineras, solos o como complemento del sostenimiento concimbras. Por otro lado, tambin pueden ser utilizados para construir losas en labase de los tajeos, de tal manera que estos sirvan en el futuro como techo de lostajeos que se ubicarn debajo para recuperar el mineral.

Figura 4.52 Losas de concreto. Figura 4.53 Revestimiento en terrenos de mala calidad.

Estas estructuras deben ser rigurosamente diseadas y construidas, comparablescon las obras de ingeniera civil. La mecnica de rocas brinda las herramientasnecesarias para hacer estos trabajos.

Las tcnicas de consolidacin de terrenos de muy mala calidad medianteinyecciones de lechada de cemento o productos qumicos, son muy raramenteutilizadas en el minado subterrneo, sin embargo, en algunos casos puede sernecesario, particularmente asociadas a la construccin de excavacionespermanentes importantes.

Anclajes

Arco de acero

Revestimientode concreto

Malla de fierrocorrugado

Perno

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Mineral

Relleno

Relleno


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Asimismo, en ambientes de altos esfuerzos, la tcnica de voladuras derelajamiento es una alternativa de control de la estabilid

04 sostenimiento documento

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