CONSTRUCCIONES CIVILES EN LA INDUSTRIA MINERA

CAPITULO I

PLAN GENERAL DE LAS CONSTRUCCIONES EN EL AREA MINERA

La distribucin de las construcciones y edificios civiles en las superficies de los parques industriales de las empresas mineras se establece en funcin de una serie de factores tcnicos y econmicos y en primer trmino en dependencia del mtodo de destape del yacimiento, de la finalidad tecnolgica de las construcciones, de la situacin topogrfica del rea de la mina y de las condiciones geolgico-ingenieriles del suelo. En las minas que se explotan por el mtodo subterrneo las construcciones principales, por lo general se ubican sobre los piques de las minas o se hallan levantadas en las cercanas de los mismos. Sobre el pique de la mina se levantan las torres mineras, las construcciones de un cable o de cables mltiples para el levantamiento y los edificios de superficie. En muchos esquemas integrales estas construcciones en los parques sobre las minas se amplan por cuenta del bloqueado que se realiza a dichas construcciones mediante la edificacin de otras construcciones especiales con finalidades tecnolgicas y para empleo general de la mina. En cada caso concreto lo anterior se resuelve de acuerdo con el planeamiento general del empleo de la superficie del parque de la mina en correspondencia con el esquema de recepcin, tratamiento y cargado del mineral. En los trabajos a cielo abierto las construcciones con finalidades tecnolgicas y el transporte no se ubican en las cercanas de los bordes de las canteras. Esto est dictado por el peligro que presentan los posibles deslizamientos y por lo tanto las construcciones se colocan a distancias que toman en cuenta la seguridad con respecto a las zonas donde se realizan los trabajos de voladura. Adems se toma en cuenta que en lo posterior puede haber la posibilidad de desplazar los bordes de la cantera. En ciertos casos, en el borde de la cantera, se ubican solamente las construcciones y edificios para el levantamiento del mineral y las rocas estriles. Todo el resto de construcciones y edificios se agrupan a cierta distancia de la cantera en un especial parque industrial. La base del plan general del parque de la mina, o del rea industrial de la cantera constituye el complejo tecnolgico ligado con las soluciones racionales del plan constructivo, los mdulos para las construcciones y las exigencias de seguridad contra incendios, obras sanitarias y otras. Para la disminucin de las dimensiones de la superficie del parque industrial minero, la cubicacin de los edificios y dimensiones de todas las comunicaciones entre las diferentes construcciones y edificios en lo posible debe tratarse de unirse en bloques, evitando distancias demasiadas grandes entre los objetivos y disminuyendo las reas de reserva. El nmero de parques industriales para una mina se determina en el proceso de elaboracin del plan general en base de la comparacin tcnico-econmica de las variantes

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concurrentes. La posibilidad de una mejor y mas racional ubicacin de todas los edificios y mnimo costo en la construccin en muchos casos esta determinada por el relieve de la superficie elegida para parque industrial. El relieve de la superficie para las construcciones, en la cual se levantaran los edificios, debe ser suave, favorable para evacuar las aguas lluvias y asegurar volmenes mnimos de trabajos de movimientos de tierra, de acuerdo con el planeamiento del parque. La pendiente trasversal ms aceptable para la superficie del parque debe ser de 0,005 hasta 0,01 0,03. En la practica muchos de las industria mineras se han construido sobre superficies con pendiente transversal 0,05 y ms. Bajo estas condiciones de pendiente en una serie de casos la planificacin se ha realizado por terrazas. Cuando se emplea transporte automotriz y edificios con dimensiones no mayores en planta, el incremento de la inclinacin transversal de la superficie del parque afecta en forma insignificante al volumen de los trabajos en los movimientos de tierra. Para los grandes parques con transporte frreo, la inclinacin transversal recomendada se halla cerca de 0,005, cuando la altura de amontonamiento, dentro de los trabajos planificados, no es mayor de 2,5 3 m. En estos casos, cuando el ancho de la superficie del parque es de 300-500 m con pendiente transversal mayor a 0,01 0,02 mucho mas ventajoso es pasar al planeamiento por terrazas. Bajo menor ancho de la superficie de los parques es posible utilizar grandes pendientes transversales. Bajo cotas de los pisos de los espacios industriales iguales o cercanas, las pendientes transversales con mas de 0,02 no es recomendable. En condiciones naturales especiales y cuando las dimensiones de las construcciones, en planta, no son grandes las pendientes pueden alcanzar 0,1. En estos casos los edificios vecinos se disponen en terrazas. La pendiente transversal en los grandes parques con transporte frreo, en condiciones comunes, no deben sobrepasar 0,005 0,01. Tomando en cuenta que sobre las construcciones mineras actan grandes cargas, cuando se selecciona las superficies para los parques es indispensable tomar en cuenta las investigaciones de capacidad de carga de las fundaciones, la cual debe ser lo suficientemente alta y permitir la construccin de todos los edificios sin recurrir a las costosas construcciones de fundamentos artificiales. El nivel de las aguas subterrneas deben encontrarse por debajo del nivel de las soleras de los tneles. El territorio del parque de la mina nunca debe inundarse. No debe permitirse la disposicin de las construcciones sobre los sectores mineralizados de la mina o en los lmites de la zona de la cubeta de desplome, ni tampoco en los sectores crsticos o de deslizamientos. Los pilares minerales que se dejan para el resguardo de las construcciones deben ser de dimensiones mnimas lo que se consigue con una distribucin racional de los mismos.

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Adems de las exigencias enumeradas, que deben tomarse en cuenta cuando se selecciona la superficie para el parque de construcciones y que influyen directamente en los volmenes de trabajo y por consiguiente en el costo de las construcciones, es indispensable poner atencin a los problemas generales de planificacin regional de las empresas industriales: posibilidades de cooperacin en la construccin de vas, construcciones de centrales elctricas, agua potable y canalizacin, organizacin de canteras; utilizacin de materiales de construccin del lugar y empresa de industria de la construccin. Las construcciones mineras y los principales edificios por la finalidad asignada se pueden dividir en tres grupos principales Tabla 1.1: Tabla 1.1

Grupo I Grupo II Grupo III Construcciones y edificios sobre los piques

Construcciones y edificios mineros especiales

Construcciones y edificios para ingeniera con finalidades industriales generales

Torres de levantamiento. Construccin para equipo de levantamiento de cables mltiples. Tolvas de recepcin de mineral de skips. Edificios y construcciones cerca de los piques. Estacadas y galeras de transporte. Construcciones para los ventiladores. Edificios para las mquinas de los ascensores.

Construcciones para las mquinas de levantamiento por piques inclinados. Tolvas de cargado. Construcciones para el almacenamiento mineral. Plataformas de cargado Construcciones para las escombreras de estril. Galeras para conveyers Instalaciones de trituracin y seleccin de materiales. Fbrica de tratamiento y enriquecimiento mineral. Edificios de administracin y servicios.

Ingeniera sanitaria. Puentes. Tneles. Canales Represas y azudes Casa de bombas y estaciones de purificacin. Estaciones elctricas. Casa de compresores. Bodegas.

Al grupo I, pertenecen las construcciones y edificios que se halla dispuestos directamente en los piques de las minas.

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Al grupo II, pertenecen las construcciones y edificios mineros especiales, los cuales por su finalidad tecnolgica y por consiguiente por la carga y soluciones constructivas constituyen construcciones con claras finalidades mineras. Al grupo III, pertenecen las construcciones civiles y edificios con finalidades industriales generales. Este grupo no tiene particularidades especiales ligadas con condiciones de trabajos mineros industriales. Sin embargo su construccin dentro del parque industrial y en las canteras, por ejemplo en la zona de los trabajos de perforacin y voladura, puede exigir proyectos con soluciones especiales. Los parques industriales de las empresas mineras medias y grandes por su potencia extractiva, generalmente incluyen casi todas las construcciones mineras especiales. Sin embargo estas construcciones con finalidades determinadas se proyectan para trabajos con diferentes esquemas tecnolgicos y por lo tanto tienen diferentes dimensiones y soluciones constructivas y tambin pueden construirse en conjuntos de bloques diferentes. En la Fig.1 se muestra el esquema del plan general del parque industrial de una cantera con produccin de 1 2 millones de toneladas por ao. El transporte del mineral desde la cantera al parque industrial se realiza en semivagones por va frrea de ancho normal. En el parque se ha previsto un conjunto de construcciones para la recepcin del mineral, su enriquecimiento, seleccin, almacenamiento y cargado de el a vagones del transporte frreo.

Fig. 1.1 Esquema del Plan General del parque industrial de una Cantera con produccin 1 2 millones de toneladas ao: 1-cantera; 2- lnea frrea; 3 fbrica de enriquecimiento; 4- depsitos de mineral; 5- parque industrial; 6- casero; 7- lmite de la zona de seguridad. En la Fig. 1.2 se muestra el esquema de unificacin de parques industriales de dos empresas mineras: cantera y mina subterrnea con produccin media de 4 millones de toneladas de mineral por ao. En este caso se ha proyectado el conjunto total de construcciones y

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servicios, incluyendo las construcciones sobre el pique y de enriquecimiento mineral, grandes talleres de mantenimiento y los edificios de administracin y servicios

Fig.1.2 Esquema del Plan General de un Parque Industrial conjunto para cantera y mina subterrnea: 1-cantera; 2- piques de la mina principal; 3- fbrica de preparacin y tratamiento mineral; 4- depsito mineral, bodegas de concentrados, tolva;5- parque industrial de la cantera, mina y fbrica de enriquecimiento; 6- ciudad; 7- lmite de la zona de seguridad y deslizamiento; 8- subestacin elctrica; 9- central elctrica y de calderos; 10- depsitos centrales; 11- estanques de sedimentacin;12-talleres de reparacin y garajes;13-edificio de administracin.

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CAPITULO II

PRINCIPIOS PARA LA UBICACIN DE CONSTRUCCIONES Y PIQUES MINEROS

Sobre los piques de las minas se montan las construcciones del grupo I (ver tabla.1) que estn ligadas con la maquinaria de levantamiento y el cumplimiento de todas las operaciones fundamentales: torre del pique, edificios sobre el pique, tolvas de recepcin e instalacin de descarga y otros. Cuando para el levantamiento se emplea skips, en una serie de casos las rocas ingresan a las tolvas de recepcin del material que acarrean los skips y que se hallan dispuestas muy cercanas al pique, en la base de las torres o en general en los lmites del edificio sobre el pique o en las construcciones del pique principal. Si en el complejo tecnolgico industrial de la mina no entra la fbrica para enriquecimiento, entonces el mineral, a travs de una tolva de carga y por medio de una espiral y alimentador, puede ingresar directamente a ser cargado a los vagones del transporte frreo y cuando no existen vagones vacos, el mineral se dirige a las bodegas de reserva, de donde a medida que llegan los convoyes vacos se cargan con excavadoras o con otras mquinas cargadoras a los vagones del tren. En estos casos para asegurar el trabajo continuo de las mquinas de levantamiento (independientemente de que lleguen o no convoyes frreos de vagones vacos) junto al pique de la mina dentro de los lmites de los edificios sobre la mina se ubica la tolva de recepcin que tambin cumple el rol de acumulador, cuya capacidad suaviza el trabajo irregular de los skips de levantamiento y el transporte. La capacidad de la tolva de acumulacin debe ser mnimo igual a la produccin media diaria de la mina. La incomodidad y desventaja de ubicar tolva de acumulacin de gran capacidad en el interior de las construcciones de superficie en la mina lleva a la necesidad indispensable de emplear lneas frreas a tolvas de descarga separadas, que se constituyen en acumuladores de mineral que aseguran un cargado por gravedad a los vagones del tren u otro tipo de recipientes para transporte. La capacidad de estas tolvas embudos, en estos casos, debe ser mnimo equivalente a 5-20 veces el volumen del skip. Desde las tolvas de recepcin el mineral con ayuda de alimentadores y otros medios de transporte se lo dirige a la tolva de carga de los trenes. En una serie de casos entre las tolvas de recepcin y cargado se montan instalaciones de escogido y el mineral seleccionado se distribuye por celdas en las tolvas de carga. Si las tolvas del transporte frreo se llenan totalmente y vagones vacos u otro tipo de recipientes no existen, entonces para impedir que la instalacin de levantamiento se detenga el mineral se lo dirige al depsito (bodega) de reserva. Cuando la tolva de la va frrea se ha liberado parcialmente y los vagones vacos comienzan a llegar en forma regular, entonces el mineral del depsito de reserva a veces con ayuda de recipientes de carga con movimiento en reversa se dirige a la tolva; y , cuando el envo del mineral se lo realiza en forma clasificada, entonces el mineral va a la instalacin de escogido. Si desde la mina se

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entregan varias calidades de mineral, entonces debe asegurarse un embodegamiento separado dentro del espacio de depsito de reserva, con organizacin tal que pueda entregar, en caso de necesidad, mineral con valor medio. En este caso el regreso del mineral se efecta directamente a la tolva de la va frrea. En la mayora de los casos el mineral del depsito de reserva se carga directamente a los vagones del convoy del tren, empleando excavadora. El tipo de depsitos (bodegas)de reserva para mineral depende del tipo de transporte, maquinarias empleadas para el cargado en el depsito, que puede ser: cargadoras mviles, conveyers, rastrillos ,skips, funicular de carga, va frrea, gras cargadoras de mordazas, gras transbordadoras de carga y otras. Cuando para el desplazamiento del mineral se emplea conveyers y transporte por rieles, generalmente como depsitos se utiliza puentes cargadores. La roca estril se las enva desde las tolvas a las escombreras; en una serie de casos parte de las rocas estriles se las somete a trituracin y cribado, las cuales se las mantiene en depsitos especiales en forma de grava y arena seleccionadas. En la Fig. 2.1, se muestra dos esquemas de las instalacin en los piques mineros. En el primer esquema (Fig.2.1a), se caracteriza por el empleo de un depsito de reserva para mineral, construido en forma de puente cargador con conveyers. El segundo esquema (Fig. 2.1b) se caracteriza por el empleo de funicular de carga (transporte areo por cable). Fig. 2.1 Esquema de disposicin de las construcciones junto al pique de la mina: a- con depsito de mineral tipo estacada; b- con empleo de funicular hacia el depsito de mineral: 1-pique de la mina; 2- tolva receptora de carga de skip; 3- instalacin de seleccionado del mineral; 4- tolva de cargado; 5- depsito (bodega) de reserva; 6- escombrera; 7- estacin de cargado con funicular, 8- torre del pique con instalacin de mquinas de cable mltiples; 9-10- casa de mquinas; 11- bloque de edificios industriales auxiliares y de oficinas administrativas y servicios. Cuando en los esquemas de la Fig.2.1, no existen depsitos (bodegas) de reserva para el mineral, los ndulos 1-2-3-4 se mantienen en los esquemas pero en las cercanas de los piques y de la misma manera se disponen las tolvas de recepcin y las instalaciones de

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seleccionado del mineral. En ciertos casos cerca del pique se ubica la tolva de recepcin y cargado (ver Fig.2.1.b), cuya capacidad crece grandemente en correspondencia con la capacidad de los skips, relieve del lugar, trazado de las vas de carga, capacidad de los convoyes frreos y otros. Las tolvas de cargado pueden estar un poco distanciadas del pique, en este caso la instalacin de escogido, generalmente se dispone en el centro del conjunto de las tolvas de cargado que a travs de embudos de recepcin de los piques, se halla unida a los alimentadores en el edificio sobre la mina y a veces a travs de conveyers u otros medios de transporte (Fig.2.2). Fig. 2.2 Esquema de disposicin de las construcciones junto al pique de la mina con conexin a la instalacin de escogido: 1- pique de la mina; 2- tolva receptora de la carga de skip; 3- instalacin de seleccionado del mineral; 4- tolva de cargado; 5- depsito para mineral de reserva; 6- escombrera; 7- torre del pique con instalacin de mquinas de cable mltiples; 8- bloque de edificios industriales auxiliares y de oficinas administrativas y servicios. Cuando cerca de los piques mineros, montados con levantamiento de skip, se dispone la instalacin de trituracin y seleccionado del mineral de tipo central en la superficie de la mina, en ciertos casos es semejante a los descritos anteriormente. En la Fig 2.3a, se muestra el esquema de una parte de las construcciones de una de las grandes minas de hierro con tolvas de recepcin de mineral de skips, dispuestos en la cota 48m, sobre la superficie del suelo. La instalacin de trituracin y selecciona del mineral en este esquema esta dispuesto en altura. La trituradora esta colocada a la altura de 33m, las cribas y el resto de equipos se montan por debajo de manera tal que el material triturado y sorteado ingresen por gravedad a travs de las tolvas de cargado a los conveyers que llevan el mineral a los depsitos de reserva. Cuando la fbrica de preparacin del mineral se dispones no muy lejos del pique de la mina, el esquema de disposicin de las diferentes instalaciones vara sustancialmente. En la Fig. 2.3b se indica un ejemplo de este tipo. En este caso, directamente junto al pique de la mina se

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dispone solamente la tolva de skips que es receptora-cargadora

Fig. 2.3 Esquema de disposicin de las construcciones: a- junto al pique en una de las grandes minas; b- junto al pique que se encuentra no muy lejos de la fbrica de preparacin del mineral: 1- pique de la mina; 2- tolva de recepcin del skip; 3- instalacin de seleccin del mineral; 4- tolva de cargado; 5- depsito (bodega) de reserva; 6-7 casa de mquinas; 8- embudos de recepcin; 9- bloque para trituracin.

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CAPITULO III MATERIALES DE CONSTRUCCION EMPLEADOS EN LA INDUSTRIA

MINERA

3.1. GENERALIDADES Muchas de las galeras se las franquea en condiciones neurolgicas difciles, ellas tienen grandes dimensiones y largo tiempo de servicio. Las fortificaciones en este tipo de galera se caracterizan por su complejidad y alto costo. Por esta razn uno de los problemas de orden econmico es crear no solamente fortificaciones resistentes y de gran durabilidad sino tambin, econmicas. Para esto es indispensable conocer las construcciones modernas de las fortificaciones y saber determinar por medio de clculos las dimensiones de los diferentes elementos de las fortificaciones. Para la construccin de las fortificaciones mineras se emplean materiales capaces de soportar la presin de las rocas y resistir la accin de las aguas subterrneas y la atmsfera minera. Los materiales que se emplean en la minera se dividen en: FUNDAMENTALES Que se emplean para la Preparacin de elementos que soportan esfuerzos en la construccin de la fortificacin (madera, piedra, hormign, hormign armado, metal , material polmeros); SUBSTANCIAS AGLUTINANTES.- Que sirven para unir los materiales de piedra y preparar conglomerantes de hormign: cemento, moneemos, substancias plsticas; AUXILIARES.- Estos son materiales de acero de baja calidad (clavos tornillos, abrazadoras y otras), materiales aislantes, pinturas grasas, reactivos qumicos (aceleradores, retardadores, solidificantes, plastificantes y otros). 3.2. MADERA Como material para entibado la madera an encuentra empleo, puesto que ella tiene un bajo precio, es fcil de elaborarla y posee una relativa alta resistencia. Las desventajas de la madera son su combustibilidad, poca durabilidad, su tendencia a la descomposicin, adems la madera crea una alta resistencia econmica a la corriente del aire. Debido a estas desventajas la madera en calidad de material para entibado disminuye cada vez ms, especialmente en los pases altamente desarrollados y mineros.

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Para la fortificacin de las galeras es indispensable utilizar en la medida de las posibilidades madera seca. La humedad permitida es: para conferas 1O-12% y para las foliceas 14-15% La resistencia mecnica de la madera se eleva con la disminucin de la humedad y aumento de la densidad y el peso volumtrico. Los defectos de la madera (fibra torcida, nudosidades, descomposicin, retorcimientos) disminuyen enormemente las propiedades mecnicas de la madera. El defecto principalmente ms peligroso en la madera es la descomposicin (pudrimiento) que se produce como resultado de la actividad de los diferentes hongos destructores. La madera podrida puede contagiar al resto. El empleo de madera podrida no debe permitirse. La madera que se emplea en el entibado debe corresponder a las exigencias de la mina. La resistencia de algunas maderas se da en la tabla 3. TABLA-3.1

Resistencia calculada Kg./ cm2

Tipo de esfuerzo

Pinos y abetos

Robles Alerces Cedros

Flexin, compresin a lo largo del tejido. Traccin a lo largo del tejido

130 100

170 130

155 120

115 90

El tiempo de duracin de la madera en la mina depende de la calidad de la misma y de las condiciones en las cuales se encuentran las fortificaciones. Cuando el aire es limpio, seco y fro la madera se conserva mejor que en condiciones de humedad y calor. El pino dura, en calidad de fortificacin en malas condiciones, 3-6 meses en condiciones medias 1,5-3 aos y en buenas condiciones 5 aos y ms. La duracin del roble es dos veces mayor. La duracin de las fortificaciones de madera es mnima debido a que en las condiciones de la mina es atacada por hongos y bacterias, que producen la pudricin, descomposicin de la celulosa y la variacin de las propiedades mecnicas de las fortificaciones. Para prevenir la pudricin de la madera es necesario impregnarla con antispticos, bajo la accin de los cuales las albminas e hidratos de carbono de la madera se coagulan y forman compuestos qumicos que convierten el medio de la madera en veneno para los hongos y bacterias.

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Para impregnar la madera lo ms frecuente es utilizar soluciones lquidas de cloruro de zinc, cloruro de sodio y silifloruro de sodio. La impregnacin se efecta de dos maneras: bajo presin (1O-12 atm) o por medio de baos calientes y fros. La duracin de la madera impregnada de antispticos se eleva en 2-3 veces y la resistencia crece en tres y cinco veces. Para disminuir su peligro de combustibilidad de las fortificaciones son elementos previamente se impregnan de composiciones especiales (incombustibles) o se recubre con hormign lanzado, pastos anticombustibles de clorovinilo o pintura. Con el fin de economizar la madera es conveniente reutilizarla a ella por segunda vez. 3.3. MATERIALES CEMENTANTES SUSTANCIAS AGLUTINANTES Substancias aglutinantes se denomina a los materiales naturales o artificiales que combinados con agua o despus de introducirles solidificantes forman una masa plstica que lentamente se solidifica (fragua) y sirve para unir diferentes materiales de piedra en una sola masa monoltica. Las substancias aglutinantes, cuya masa fragua solo al aire libre se denomina areas; las substancias aglutinantes, que pueden fraguar en el agua, se llaman hidrulicas. Para fortificaciones mineras se emplea solamente substancias aglutinantes hidrulicas entre las cuales existen diferentes tipos de cemento: cemento portland; arcillo-terroso, esponjoso, etc. El portland-cement (silicato) es un producto del molido del clnker que se obtiene de la calcinacin homognea antes del aglutinamiento de las margas o de la mezcla de la caliza y arcilla. Los ingredientes que se utilizan en el cemento para acelerar su fraguado son: el cloruro de calcio, cloruro de sodio, cido clorhdrico (muritico), cal viva molida, yeso hidratado (con 2 molculas de agua). Los ingredientes que se utilizan para retardar el fraguado del cemento son soluciones dbiles de cido sulfrico y las aguas subterrneas que contienen cidos, sales de cloruro de magnesio y sulfatos actan en forma destructiva sobre el cemento y el hormign. Para evitar la destruccin en el cemento se agrega porciones especiales de substancias hidrulicas molidas: diatomita, trepel, escoria granulada, tobas y deshechos con silicio. La superficie especfica de estas substancias deben estar dentro de 3.OOO-4 cm2 /g. Cementos especiales se emplea cuando se trata de obtener gran resistencia, rpido fraguado y resistencia, impermeabilidad, solidificacin (fraguado) a bajas temperaturas, etc.

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Cemento arcillo-resistentes, se obtiene de bauxitas ricas en arcilla con caliza o cal. Este cemento es un aglutinante hidrulico de alta resistencia, estable en medios agresivos y fragua a bajas temperaturas. 3.4. HORMIGON Y HORMIGON ARMADO Hormign se denomina al material de construccin artificial que se obtiene como resultado del fraguado de la mezcla de una substancia aglutinante, arena, ripio o grava. En dependencia del aglutinante el hormign se divide en: hormign de cemento, sin cemento y plasto-hormign). El hormign es el que tiene ms empleo y consta de cemento, arena ripio o grava y agua. El cemento y el agua actan entre s qumicamente formando la piedra de cemento y ellos se denominan elementos activos del hormign. La composicin del hormign se designa por 1:A:B, donde 1 es una parte en peso o volumen de cemento; A- es la cantidad de partes de arena; B- la cantidad de partes de ripio o grava. Por la cantidad de agua en la composicin se diferencian: hormign duro con un contenido de agua de 6-6, 5% del peso de la mezcla seca y constituye una masa terrosa, que exige en el vaciado apisonamiento o vibrado. El hormign plstico contiene agua en una 6,5-8% del peso de la mezcla seca. Este hormign no exige mayor apisonamiento. En minera mayor empleo tiene el hormign duro (rgido) el cual tiene la capacidad de dar una alta resistencia e impermeabilidad a las fortificaciones. Para la preparacin del hormign armado se emplea hormign plstico. En su apisonamiento se obtiene una distribucin regular de los granos de ripio o grava en la masa de hormign incluso bajo la presencia de la armadura (estructura). La resistencia del hormign se valora por su marca, la cual se la determina por el lmite de resistencia (RG/cm2) a la comprensin uniaxial de cubos de 2O cm de lado, despus de 28 das de su fraguado en un medio hmedo bajo temperatura de ms 15: 2O grados. En minera en la URSS se emplea hormigones de marca R28 = 1OO,15O,2OO,3OO,4OO,5OO y 6OO. Para galeras horizontales es ventajoso utilizar hormign 15O,2OO; para los piques 3OO-4OO;para construcciones importantes 5OO-6OO.

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La resistencia del hormign depende de la marca del cemento Rc y de la relacin agua cemento A/C (relacin del peso del agua libre, no absorbida por los componentes de relleno, para el peso del cemento en la mezcla de hormign fresco). Esta dependencia aproximadamente se la puede expresar con la frmula del profesor B.G. Skramtaev. Para las fortificaciones mineras generalmente se emplean hormigones con las siguientes composiciones 1:2:4;1:3:5;1:3,5: 6;1:2,5:5. Un mayor empleo tiene el hormign duro (rgido) con composicin 1:O,72:3,28;1:1,6:4,8, etc. en los cuales el contenido de arena se baja a la relacin agua cemento es O,3O-O,47. De los hormigones de cemento especial en minas se emplea los de fraguado rpido, pneumo-hormigones y otros. El hormign de fraguado rpido se caracteriza por el rpido crecimiento de su resistencia, la cual despus de dos horas de su vaciado (colocacin) alcanza 1O-12O KG/cm2 y despus de 24 horas 12O-39O KG/cm2. Esto permite efectuar el hormigonamiento y preparar hormign y hormign armado con el desmontaje inmediato del encofrado y moldes. El hormign lanzado es un hormign con ripio de pequeas dimensiones (hasta 25 mm) el cual se introduce con aire comprimido, bajo la presin de 3-5 atm, en la roca, fortificaciones u otras superficies con ayuda de mquinas gunitadoras o lanzadoras de hormign. El lanzamiento del hormign a gran velocidad (hasta 1OO m/seg.) asegura una fuerte compactacin y resistente cohesin del hormign con la roca, madera, hormign, ladrillo, acero. El hormign con componentes de fracciones pequeas (hasta 8 mm) se llama gunita y cuando tiene fracciones ms grandes (hasta 25 mm) se llama shotcrete u hormign lanzado o proyectado. El hormign plstico es un material de construccin sin agua y sin cemento que consta de aglutinante, (monmero purpural-acetnico tipo FA o FAM) solidificante y relleno. En calidad de relleno se utiliza arena de cuarzo y ripio. Este tipo de hormign tiene marca 8OO-9OO KG/cm2. El hormign armado, es una combinacin de hormign y acero que trabajan conjuntamente. La resistencia a la comprensin del hormign es 1O-2O veces superior a la resistencia a la traccin. Para elevar su resistencia a la traccin en la zona de tensin se introduce estructuras (armadura) de acero que posee una alta resistencia a la traccin. De esta manera el hormign armado trabaja a la comprensin y traccin. El hormign absorbe los esfuerzos compresores y el acero los esfuerzos de traccin. El hormign armado se emplea en construcciones que trabajan a la traccin, flexin y compresin. En este ltimo caso la

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estructura no solo absorbe parte de los esfuerzos de compresin sino que tambin preserva a la construccin del despedazamiento repentino. El hormign armado se emplea en forma monoltica y de prefabricado. En la actualidad de hormign armado se prepara los elementos para fortificaciones (postes, losas, encostillados) con estructuras de acero pretensado. El acero pretensado mejora el trabajo conjunto del hormign y la estructura y aumenta la resistencia de la construccin disminuye su peso y el gasto de metal. 3.5. PIEDRAS NATURALES Y ARTIFICIALES La piedra natural se emplea en forma de pedazos o de losas de forma irregular para el entibado de galeras o como relleno del espacio explotado o en el colocado de franjas de relleno. Las piedras naturales de forma regular de caliza granito o arenisca dura con coeficiente de resistencia F 8 12 se puede emplear para el entibado de galeras. De entre las piedras artificiales en el entibado minero se emplean: el ladrillo y los bloques. La forma y dimensiones de las diferentes piedras depende de las dimensiones de la fortificacin en general es muy variada: rectangular, de cua, en forma de T, etc. 3.6. EL METAL Y OTROS MATERIALES Para el entibado y armado de las galeras mineras el metal se utiliza en forma de tubos de hierro y acero de barras en forma de H, perfiles especiales, barras en H anchas, rieles de vas frreas. Las caractersticas de los perfiles de barras de acero y de los rieles , que se emplean como elementos estructurales para las fortificaciones en las galeras se indican en la tabla 4. El material que sirve para los perfiles en T, generalmente es el acero marca Acero-3. Los perfiles especiales se construyen de acero marca Acero-5.

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Fig.3.1. Perfiles de las barras de acero que se emplean para los elementos principales en las fortificaciones de las galeras mineras: a- perfiles en H standard; b- perfil en H anchos; c - perfiles especiales. Una de las principales desventajas del metal en su tendencia a la corrosin, cuya intensidad es sumamente grande bajo la influencia de la humedad de la atmsfera minera, de las goteras y corrientes de agua. A fin de evitar la corrosin en las condiciones de la mina se utiliza recubrimientos anticorrosivos; las construcciones metlicas se las recubre tambin con cemento-arena, shotcrete (hormign lanzado) en composicin 1:2 1:3.

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CAPITULO IV PROTECCIN DE LAS CONSTRUCCIONES EN LA SUPERFICIE DE LAS MINAS

4.1 GENERALIDADES Como resultado de la extraccin mineral, en la mina se produce el desplome o asentamiento de las rocas sobre el espacio explotado, el cual puede difundirse hasta alcanzar la superficie. En casos especiales la superficie puede ser protegida con pilares permanentes o con relleno total y compacto del espacio explotado. La parte de la superficie terrestre, alcanzada por el deslizamiento de las rocas, toma el nombre de cubeta de hundimiento o cubeta de desplome. Si la cubeta de hundimiento se encuentra en la zona de asentamiento, entonces ella se halla delimitada en los extremos por un suave combamiento de la corteza terrestre. Si la cubeta de hundimiento se encuentra en la zona de desplome, entonces en sus extremos, adems del combamiento aparecen rupturas en las rocas, fracturas e incluso aberturas y fosas. Si en la cubeta de hundimiento se encuentran edificios o embalses, entonces esto puede ocasionar averas y accidentes con las personas. Por lo tanto, es indispensable conocer los lmites de la cubeta de hundimiento en dependencia del desarrollo de los trabajos mineros. Es necesario tambin, conocer desde donde se pueden comenzar los trabajos de ataque de arranque, a fin de que, como resultado de dichos trabajos los edificios y dems construcciones no sean alcanzados por la cubeta de hundimiento. Los primeros experimentos, para estudiar el mecanismo de hundimiento de las rocas sobre el espacio explotado, fueron realizados por Fayol en el siglo XIX. Posteriormente estos experimentos fueron repetidos y precisados por una serie de cientficos y experimentadores. Los resultados de las investigaciones realizadas mostraron que, en el espacio explotado las rocas entran en movimiento dentro de los lmites de cierta bveda (efecto de arco). En las rocas homogneas y cuando los estratos yacen horizontales, el eje de la bveda es vertical (Fig.4.1). Cuando los estratos de rocas yacen inclinados, el eje de la bveda ocupa una posicin intermedia entre la vertical con respecto a la superficie y la normal con respecto a la estratificacin de las rocas como se muestra en la Fig. 4.2.

Fig. 4.1 Hundimiento de las rocas sobre el espacio explotado, cuando el buzamiento del manto es horizontal

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Fig. 4.2 Hundimiento de las rocas, sobre el espacio explotado, cuando el buzamiento del manto es inclinado: - ngulo de buzamiento del manto.

En la formacin de la bveda influye la presencia de defectos y planos de deslizamiento en las rocas: el hundimiento de las rocas se difunde por los planos de defectos y de deslizamientos de las rocas. La magnitud y ubicacin de la zona de alteracin de las rocas en la superficie, depende de muchos factores: caractersticas de las rocas, orientacin del yacimiento y orden en la extraccin del mineral en el yacimiento. Cuando se explota mantos horizontales o acostados por el sistema de cmaras y pilares, con la subsiguiente extraccin de los pilares, por paneles no muy grandes por sus dimensiones, con hundimiento de las rocas, la zona de hundimiento en la superficie es menor que el rea del espacio explotado, debido al apoyo de la bveda sobre el macizo de rocas que lo rodea (Fig. 4.3). En la parte superior de la bveda puede ocurrir el deslizamiento de la sobrecarga, lo cual aumenta un tanto las dimensiones de la cubeta de hundimiento. Fig. 4.3 Hundimiento de las rocas, cuando la superficie del espacio explotado no es muy grande.

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Cuando se explota un manto delgado de carbn por el sistema de frente continua o por el sistema de pilares con avance del tajo largo con una solo frente o con dos frentes y con formacin de un gran espacio explotado, el rea de hundimiento de las rocas en la superficie es superior, por sus dimensiones, al rea del espacio explotado (Fig. 4.4), debido a que la bveda que se forma, todo el tiempo se destruye y el apoyo de ella sobre el macizo de rocas desaparece. Como resultado de esto, se produce el deslizamiento de las rocas bajo cierto ngulo con respecto al plano horizontal. Cuando la explotacin se efecta con un sola frente, como se ve en la fig. 4.4, de un lado se forma el ngulo de ruptura de las rocas, dirigido en sentido contrario al ngulo de deslizamiento de las rocas. La formacin del ngulo de ruptura de las rocas se explica por la presencia del empuje por parte de la bveda. Fig. 4.4 Hundimiento de las rocas bajo avance sistemtico de la frente de ataque. En la explotacin de un yacimiento potente por los sistemas de hundimiento, (hundimiento por pisos o subpisos, as como tambin en el hundimientos por capas), cuando la magnitud de asentamiento de las rocas en la superficie es grande, se produce el deslizamiento de las rocas hacia el espacio explotado desde todos los lados, y las dimensiones de la zona de hundimiento de las rocas en la superficie, alcanza un rea mayor que la superficie explotada del yacimiento, como se indica en la Fig. 4.5. Fig. 4.5 Hundimiento de las rocas en la explotacin de un yacimiento mineral por los sistemas de hundimiento: 1- mineral; 2- zona explotada; 3- superficie antes del hundimiento; 4- roca en estado inestable.

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Cuando se explotan yacimientos inclinados y verticales, que alcanzan grandes profundidades (por ejemplo en la cuenca de mineral ferroso de Krivoy Rog en la ex URSS), la influencia de las labores subterrneas en la superficie adquieren un carcter muy complejo (Fig.4.6). Al comienzo, hasta cierta profundidad de explotacin las rocas se desploman por rupturas del costado pendiente (a veces del yacente) a continuacin del descenso de los trabajos de ataque. Posteriormente, el apuntalamiento de las rocas hundidas impiden la ulterior ruptura de las rocas y sobre el espacio explotado comienza a formarse la bveda(efecto de arco). El asentamiento de la superficie se detiene y en las galeras subterrneas comienza a sentirse el aparecimiento de la presin de apoyo sobre el macizo mineral y sobre el costado yacente. Entre los apoyos de la bveda, con frecuencia tiene lugar la descompresin y desconchamiento de las rocas del costado yacente, hasta una distancia bastante grande del cuerpo mineral, lo cual produce la destruccin de las galeras mineras franqueadas en dichos lugares.

Fig. 4.6 Hundimiento de las rocas en los trabajos de explotacin a gran profundidad: 1- zona de presin de apoyo; 2- zona de descarga de las rocas.

Los ejemplos arriba indicados, muestran lo complejo del proceso de hundimiento de las rocas sobre el espacio explotado, cuyo mecanismo hasta hoy no ha sido estudiado en su totalidad; sin embargo, pese a esto, es indispensable proteger los edificios que se encuentran en la superficie, de la influencia destructora que ocasionan los trabajos subterrneos, lo cual exige la resolucin de este problema, en cada caso para las condiciones concretas dadas. En vista de la complejidad y la falta de estudio del fenmeno de hundimiento de las rocas sobre el espacio explotado, se ha optado por emplear un esquema simplificado de este proceso. 4.2 LIMITES DE LA ZONA DE HUNDIMIENTO DE LAS ROCAS Los lmites de la cubeta de hundimiento se determinan por las lneas de interseccin de la superficie terrestre con los planos de deslizamiento de las rocas que pasan por los extremos del espacio explotado bajo los correspondientes ngulos "beta" "gamma" y "delta" (Fig.4.7), medidos desde el plano horizontal, hacia arriba en direccin al espacio explotado.

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Fig.4.7. Construccin de la cubeta de hundimiento en la explotacin de un manto carbonfero: 1- manto; 2- espacio explotado; 3- planos de deslizamiento de las rocas; 4- cubeta de hundimiento de las rocas. La magnitud de los ngulos de deslizamiento de las rocas, depende de la composicin petrogrfica, propiedades geo-mecnicas e ingenieriles y de las condiciones naturales (acuosidad, congelacin, etc). El valor del ngulo "beta" depende, adems del ngulo de buzamiento del manto. Los ngulos indicados, de deslizamiento de las rocas, se determinan para cada regin o mina, en base a la observacin instrumental del hundimiento de la superficie y destruccin que sufren las galeras subterrneas. Los ngulos de deslizamiento, en los macizos rocosos, varan de 35 a 85; para las coberturas secas, ellos se toman generalmente, cercanos a 45, y para las saturadas de agua mucho ms pequeos, de 20 - 30; para los macizos rocosos el valor medio es de 5O - 75. En la cubeta de hundimiento, se distinguen dos zonas: la zona peligrosa (situada en los extremos) y la zona no peligrosa (situada en la mitad), las cuales se desplazan a medida que se explota el yacimiento. En la prctica, frecuentemente se recurre a la simplificacin del esquema de construccin de la zona de hundimiento de las rocas, mediante el empleo de cierto valor medio del ngulo de deslizamiento de las rocas del costado yacente y pendiente. En la Fig.4.8, se muestran diferentes casos de construccin simplificada de la zona de hundimiento de las rocas. Anteriormente se crea que las construcciones en las superficie, cuando se trabajaba con galeras subterrneas, podan mantenerse ntegras, dejando nicamente pilares de proteccin con las dimensiones suficientes. En la actualidad los mtodos para la proteccin de las construcciones, se emplean de acuerdo con el grado de importancia de las mismas, de las

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particularidades constructivas, de la magnitud entre la potencia vertical de las rocas de recubrimiento y la potencia del yacimiento, de la composicin petrogrfica de las rocas y del carcter de los deslizamientos en la zona dada

Fig.4.8. Construccin de la cubeta de hundimiento de las rocas en la explotacin de yacimientos minerales: 1- plano de deslizamiento de las rocas; 2- superficie despus del deslizamiento; - ngulo de buzamiento del cuerpo mineral; - ngulo de desliza miento de las rocas de base; 1 - ngulo de deslizamiento de la cobertura. . Las construcciones pueden protegerse empleando los siguientes mtodos: 1) Dejando pilares de proteccin. 2) Efectuando los trabajos de arranque con relleno total o parcial. 3) Empleando los correspondientes sistemas de explotacin. 4) Empleando instalaciones complementarias y estructuras de refuerzo, con la finalidad de conservar las construcciones cuyo subsuelo se ha excavado. Ejemplo de construccin de pilares de proteccin se muestran en la Fig.4.9. Pilares de proteccin se permite dejar, solamente en aquellos casos, cuando por las condiciones naturales (profundidad del yacimiento, potencia, etc) el empleo de otras medidas de proteccin

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no aseguran, la conservacin de las construcciones y el traslado de ellas a otro sitio que no exija pilares de proteccin, econmicamente no es ventajoso. La construccin de pilares de proteccin en la ex URSS, por ejemplo, se efectuaba de acuerdo a reglas aprobadas para cada regin. Los pilares de proteccin se dejan, solamente hasta el nivel, donde se inicia la profundidad de seguridad para las labores mineras, comprendindose por esto, la profundidad por debajo de la cual las labores mineras ya no ejercen ninguna influencia destructiva sobre las construcciones en la superficie Fig.4.9. Construccin del pilar de proteccin, cuando la profundidad de explotacin no es mayor: 1- plano de deslizamiento de las rocas; - ngulo de deslizamiento de las rocas. En la ex Unin Sovitica, la profundidad de seguridad, medida a lo largo de la normal con respecto a la superficie terrestre, se determina como el producto de la potencia normal del manto por el coeficiente de seguridad, tomado de tablas que caracterizan las condiciones de explotacin del yacimiento y el mtodo de efectuar las labores mineras. El valor del coefi-ciente de seguridad en la URSS, se toma desde 80 - 100 hasta 400 para Dombas y Mosbass, en dependencia de la categora de proteccin de las construcciones, ngulo de buzamiento del yacimiento y caractersticas de las rocas. En la explotacin de yacimientos minerales a grandes profundidades (por ejemplo en Africa del Sur), se sigue otro orden para la construccin de los pilares de proteccin. En este caso se resuelven dos problemas: 1. Se determina las dimensiones indispensables para dar solidez al pilar de proteccin. 2. Se determina el sitio para la ubicacin del pilar de proteccin. Para la determinacin de las dimensiones indispensables, a fin de dar solidez a los pilares de proteccin, se han propuesto diferentes frmulas empricas. As por ejemplo. R. D. Foster, recomienda para los casos, cuando el cuerpo mineral es horizontal, la frmula siguiente (todas las dimensiones estn dadas en pies): r = 3*H*m

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Donde: r - Radio del pilar. H - Profundidad de los trabajos. m - Potencia del yacimiento. E. Robertson recomienda la frmula: r = 1/6 *H + 2 mH * donde, las designaciones de las letras son las mismas anteriores. De esta manera, cuando el yacimiento yace horizontalmente el pilar de proteccin tiene la forma redonda con dimetro D = 2r; el centro del pilar se coloca bajo el centro de la construccin que se protege. Cuando el yacimiento buza con ngulo , la medida del pilar en extensin queda D, pero en el sentido de su buzamiento aumenta proporcionalmente a 1/coseno , y entonces obtenemos: r1 = r/ cos y D1 = 2 r1 De esta manera, el pilar adquiere la forma de elipse con su eje mayor en el sentido del buzamiento del yacimiento. La disposicin del pilar, con relacin a la construccin que se protege, en este caso, no es simtrico. El centro del pilar se desplaza en el sentido del realce, como se muestra en la Fig.4.10, en un ngulo igual a 1/2 de alfa, donde alfa es el ngulo de buzamiento del yacimiento. Fig.4.10. Construccin del pilar de proteccin, cuando la explotacin se efecta a gran profundidad: 1- pilar de proteccin; 2- centro del pilar de proteccin; 3- pique protegido; 4- superficie.

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A grandes profundidades dejar pilares de proteccin, cerca de los piques, no es recomendable por cuanto sus dimensiones son muy grandes. A grandes profundidades, ms ventajoso es efectuar la explotacin del cuerpo mineral en los alrededores del pique, a fin de evitar la presin de apoyo sobre el pilar de proteccin que puede ocasionar disparos rocasos e incluso golpes rocosos.

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CAPITULO IV