Presentacin de PowerPoint

SOSTENIMIENTO Y REVESTIMIENTO DE TUNELES

INTRODUCCIONDebemos tener en cuenta que el sostenimiento de roca es un trmino usado para describir procedimientos y materiales aplicados para mejorar la estabilidad y mantener la capacidad portante de la roca circundante a la excavacin. El objetivo principal de un elemento de sostenimiento es movilizar y conservar el esfuerzo o resistencia inherente a la masa rocosa para que se autosoporte.

El sostenimiento de roca generalmente combina los efectos de refuerzo con elementos tales como pernos de roca y soportes con la aplicacin de hormign proyectado, malla metlica y cimbras de acero, los cuales soportan cargas de bloques rocosos aislados por discontinuidades estructurales o zonas de roca suelta.

CICLODETRABAJOENLA EXCAVACION40%10%15%33%40%2 %SISTEMAS DE SOSTENIMIENTOUsualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y materiales utilizados para mejorar la estabilidad y mantener la capacidad de resistir las cargas que producen las rocas cerca al permetro de la excavacin subterrnea. Se puede clasificar a los diversos sistemas en dos grandes grupos:

LOS DE APOYO ACTIVO; Que viene a ser el refuerzo de la roca donde los elementos de sostenimiento son una parte integral de la masa rocosa.

- LOS DE APOYO PASIVO; Donde los elementos de sostenimiento son externos a la roca y dependen del movimiento interno de la roca que esta en contacto con el permetro excavado.

CALSIFICACION DE LOS SISTEMAS DE SOSTENIMIENTOPERNOS DE ANCLAJEBARRA HELICOIDALACTIVO(REFUERZO)PERNOS CON RESINASWELLEXACTIVOSPLIT SET(REFUERZO)CABLESMALLAPASIVOCIMBRAS(SOPORTE)CINTAS METALICASCUADROS DE MADERACuadro rectoSHOTCRETEPASIVOCuadro cnicoCuadro cojoPERNOS CEMENTADOS

Los pernos fabricados de acero corrugado instalados en una lechada de resina o cemento resiste el movimiento del terreno debido a los puntos de contacto del enclavamiento mecnico del perno. La unin resina o lechada con la roca depende de las irregularidades encontradas dentro de la perforacin y de la estructura de la roca (- + 10 Tn/pie).

Se recomienda para todos tipos de estructuras para el sostenimiento de alta resistencia y a largo plazo. SOSTENIMIENTO ACTIVOBLOQUE A SOPORTAR POR UN PERNO CEMENTADO

CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN PERNO CEMENTADO P = Capacidad de apoyo del perno ( Kg) Donde:

Rc = Resistencia a la traccin mnima del perno = 6330 Kg/cmS = rea del perno (cm2)d = Dimetro del perno (cm) = Adherencia entre el perno y el cemento (Kg/cm2)U = Circunferencia del perno (cm)L = Longitud del perno (cm)

RESISTENCIA EN TRACCIONLa accin principal de todos de pernos para roca es el de resistir el movimiento o el disloque del terreno. En general en la roca dura este disloque es el resultado por las fallas y fracturas. Estas fracturas y estratos se abren con el tiempo debido a la presin vertical o horizontal, por el efecto de la gravedad en los bloques y con el efecto de las variaciones en la temperatura y humedad en la roca masiva.

SOSTENIMIENTO ACTIVOBARRA HELICOIDALDESCRIPCIN: (BH)- Barras laminadas en caliente con resaltes en formade rosca helicoidal de amplio paso. El diseo de hilo permite colocar una tuerca que puede rodar longitudinalmente por los resaltes a lo largo de la barra.

Aplicaciones y usosSe puede utilizar en labores subterrneas, taludes y construccin de tneles, as como en labores en las que exista presencia de rocas de muy mala calidad y en zonas de altos esfuerzos.

PROPIEDADES MECNICAS

Segn norma ASTM A615 Grado 75:Lmite de Fluencia, mn. (Kg/cm2) = 5,270Resistencia a la traccin, mn. (Kg/cm2) = 7,030Alargamiento en 200mm, mn. (%) = 7A: Perno con anclaje expansivo.B: Estabilizador de Friccin.C: Perno Cementado.SOSTENIMIENTO ACTIVOPERNOS DE ANCLAJEELEMENTOS DE SOSTENIMIENTOUn perno para roca con anclaje de expansin controla el movimiento o el desplazamiento de la masa rocosa induciendo la presin de la tensin de la barra entre el anclaje y la platina de apoyo. Este tipo de soporte produce una tensin de aproximadamente 3.5 Tn y tiene una resistencia en traccin (ROTURA) mxima de 12,5 Tn.

Utilizado generalmente en las estructuras de roca masiva con bloques o estratos. Slo pueden ser usados para reforzamiento temporal. PERNOS CON RESINA SOSTENIMIENTO ACTIVO

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 es proporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, por tres mecanismos: adhesin qumica, friccin y fijacin.Dentro de este tipo de pernos, los de mayor utilizacin en el pas son: la varilla de fierro corrugado, generalmente de 20 mm de dimetro y la barra helicoidal de 22 mm de dimetro, con longitudes variables (de 5 a 12).Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usados como refuerzo permanenteSOSTENIMIENTO ACTIVOSWELLEXEl perno swellex est formado por un tubo de dimetro original de 41 mm y puede tener de 0.6 a 12 m de longitud o ms (en piezas conectables), el cual es plegado 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 requiere ninguna fuerza de empuje durante su insercin. La varilla es activada por inyeccin de agua a alta presin (aproximadamente 30 MPa 300 bar) al interior del tubo plegado, el cual infla al mismo y lo pone en contacto con las paredes del taladro, adaptndose a las irregularidades de la superficie del taladro, as se consigue el anclaje

Tienen buena respuesta a los efectos cortantes de la roca. En roca dura, 0.5 m de longitud del perno, proporciona una resistencia a la traccin igual a su carga de rotura. Dada su gran flexibilidad, stos pueden instalarse en longitudes de hasta 3 veces la altura de la labor.SOSTENIMIENTO ACTIVOSPLIT SETEl split set, consiste de un tubo ranurado a lo largo de su longitud, uno de los extremos es ahusado y el otro lleva un anillo soldado para mantener la platina. Al ser introducido el perno a presin dentro de un taladro de menor dimetro, se genera una presin radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes del taladro, cerrando parcialmente la ranura durante este proceso.Los split sets son utilizados mayormente para reforzamiento temporal, usualmente conformando sistemas combinados de refuerzo en terrenos de calidad regular a mala. En roca intensamente fracturada y dbil no es recomendable su uso.

El dimetro de los tubos ranurados vara de 35 a 46 mm, con longitudes de 5 a 12 pies. Pueden alcanzar valores de anclaje de 1 a 1.5 toneladas por pie de longitud del pernoLONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTORESPECTOALAZONAANCLAJEL= profundidad delas capas (X) +Zona anclaje(Z)LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTORESPECTOALANCHO DE LA ABERTURAL =L =W=1,4 + ( 0.18 x W )longitud delancho de laperno (m)abertura(m)Ejemplo:Galerade 3.5metros(W)L=1,4+(0.18x 3,5)=Longituddelperno2.03m(L)ESPACIAMIENTO DELOSELEMENTOS1.52.0L = E =terrenoterrenolongitudregularmalodel perno,espaciamientodelospernosEjemplo:Perno de 2.25m (L)2,25 \ E = 2.0Espaciamiento de 1.1m (E)L \ E = 1.5 2.0Instalacin de los Elementos de SostenimientoLa colocacin de la platina de unperno paraterreno.rocamejorarlafortificacindelLos angulos de un perno con la superficie de la roca deben tener 90 grados o un mximo de inclinacin de 10 grados (ejemplos B,D) y la planchuela debe colocarse pegado a la roca (ejemplos no aplicables A,C y E) Instalacin de los ElementosdeSostenimientoEl tipo de la superficie de la roca essignificativo enla planificacin del espaciamiento de los pernos porla existencia debloques y delos estratoslas fracturas (A)olaorientacinde(B)requieren unaflexibilidaden la colocacin de los pernos.ANGULODELAINSTALACINRESISTENCIA :A - 90 GRADOS=100%B - 45 GRADOS = +- 70%SOSTENIMIENTO PASIVOMALLALa malla electrosoldada se usa en combinacin con split set, tanto en labores temporales como en stopes. La malla consiste de una cuadricula de alambres de acero de 4.2 mm. De dimetro, soldadas en su punto de interseccin cada 3El control en este caso se realiza diariamente y en forma visual, tenindose en cuenta lo siguiente:

La malla debe estar pegada a la roca. El traslape debe ser de tres cocos y el perno debe de instalarse en el coco central.

La malla se debe de instalara 1.5 m. del piso.

MALLAS ELECTROSOLDADA:

Es un producto formado por dos sistemas de elementos (barras o alambres), uno longitudinal y otro transversal, que se cruzan entre s perpendicularmente y cuyos puntos de contacto estn unidos, mediante soldaduras elctricas por fusin, es decir sin aporte de material, esto permite lograr uniones slidas y terminaciones de alta calidadMALLAS TEJIDAS ROMBOIDALES:

La malla para refuerzo de roca tipo bizcocho es fabricada en alambre grueso galvanizado tejido, largo normal de 25 m., y con alturas de 2.0 m y 2.5 m y una abertura de la malla de 50 a 100 mm. Se fabrican con alambre galvanizado segn norma NCH 227, la resistencia del alambre es menor o igual a 50 kg/mm2. Ventajas Geomecnicas y Operacionales

SOSTENIMIENTO PASIVO

Asignacin de sostenimientos a cada clase de terreno para mallas:

Asignacin de sostenimientos a cada clase de terreno para mallas:

SOSTENIMIENTO PASIVOCIMBRASEste tpico sostenimiento pasivo o soporte es utilizado generalmente para el sostenimiento permanente de labores de avance, en condiciones de masa rocosa intensamente fracturada y/o muy dbil que le confieren calidad mala a muy mala, sometida a condiciones de altos esfuerzos.La ventaja es que este sistema contina proporcionando soporte despus que hayan ocurrido deformaciones importantes.Las cimbras son construidas con perfiles de acero, segn los requerimientos de la forma de la seccin de la excavacin, es decir, en forma de bal, herradura o incluso circulares, siendo recomendable que stos sean de alma llena.

CIMBRAS METALICASHay dos tipos de cimbras, las denominadas rgidas y las deslizantes o fluyentes.CIMBRAS RIGIDASUsan comnmente perfiles como la W,H, e I, conformadas por dos o tres segmentos que son unidos por platinas y pernos con tuerca.CIMBRAS DESLIZANTES (Q)Usan perfiles como las V y U, conformadas usualmente por tres segmentos que se deslizan entre s, sujetados y ajustados con uniones de tornillo.

Los accesorios en este sistema de sostenimiento son los tirantes de conexin de las cimbras, el encostillado y los elementos de bloqueo.

Los tirantes pueden consistir de varillas de fierro corrugado o liso generalmente de 1 de dimetro u otro elemento estructural.

El encostillado puede ser realizado con planchas metlicas acanaladas y en algunos casos en las minas se utilizan tablones de madera.

Los elementos de bloqueo pueden ser la madera o los bolsacretos, estos ltimos son sacos conteniendo agregados con cementoCIMBRAS (Q)

USO DE BOLSACRETOS COMO BLOQUEOCOLOCACION DE ACCESORIOSCIMBRAS METALICASPara el rango de los tamaos de las excavaciones de las minas peruanas, las cimbras rgidas comnmente utilizadas son las 4W13 (perfiles W de 4 de ancho x 4 de profundidad y 13 lb/pie) o equivalentes, espaciadas de 0.75 a 2 m, las mismas que corresponden a cimbras ligeras para excavaciones de hasta 4 m de abierto. En los casos que las cimbras indicadas no fueran suficientes para excavaciones de hasta 4 m de abierto, por las altas presiones de la roca, pueden utilizarse cimbras medianas como las del tipo 6W20 o equivalentes o alternativamente cimbras deslizantes. Las cimbras 6W20 tambin son comnmente utilizadas para excavaciones con abiertos de hasta 6 m. CIMBRAS METALICASProcedimientos de InstalacinEs preferible que el soporte se instale lo antes posible, pues cualquier retraso ya sea entiempo o en distancia al frente se traduceaumentos de la presin sobre el techo, si prevalecen las cargas de descompresinroca suelta.Se debe proceder a asegurar el techo, loenocualse podr realizar mediante la colocacin deshotcrete temporal o marchavantes de sernecesario.CIMBRAS METALICASTodas las cimbras deben estar correctamenteapoyadas y sujetas al piso mediante dadosconcreto, debindose mantener suverticalidad.El bloqueo de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para que pueda haber una transferencia uniforme de las cargasderocosas sobre las cimbras. Si no se realiza unbuen bloqueo las cimbras no sern efectivas.SOSTENIMIENTO PASIVOSHOTCRETE(Comit ACI 506)

Las principales caractersticas que indican al concreto lanzado como un elemento efectivo de sostenimiento son: El concreto lanzado previene la cada de pequeos trozos de roca de la periferia de la excavacin, evitando el futuro deterioro de la roca.

Mantiene el entrabe de las posibles cuas o bloques sellando las discontinuidades o grietas producidas por la voladura. La accin conjunta del concreto lanzado y la roca produce una fuerza tangencial en la interfase, que impide que la roca y el concreto lanzado se deformen independientemente.

ELEMENTOSPROPIEDADESDELHORMIGON LANZADOColocacin por capasinterrumpe continuidad defisuras.Excelente adherencia asoporte (limpio, ysaturadocon superficie seca.)Baja permeabilidad y bajaabsorcin.Mayor contraccin por secadoen razn a la alta cuanta de cemento.Calculo del Espesor del Shotcrete

Capacidad de Cargas

METODOS DE LANZADO

METODOS DE LANZADOClasificacin:VIAHUMEDAVIASECAMETODO DE LANZADO PREPARACION DE MEZCLA SECA MEZCLA SE CARGA EN MAQUINAIMPULSION EQUIPO INTRODUCE MATERIAL HACIA MANGUERA MATERIAL ES IMPULSADO PORPORVIASECAAIRE COMPRIMIDOBOQUILLAHACIA LA EN BOQUILLA SE INTRODUCEAGUA CON ADITIVO A TRAVES DE ANILLO PERFORADO QUE DISTRIBUYE HOMOGENEAMENTE EL MATERIAL ES LANZADO A ALTAVELOCIDAD.Mezcla seca + aireBomba de dosaje deAcelerante separadaSHOTCRETE VIA SECA(DESDE 1907)Mezcla seca -Agregados, cemento ( fibras)Rendimiento : Menos de 1 m3/hrRebote : Agregados - 30 to 50% Fibras de acero - 30 to 50%AceleranteAguaAireDosis de acelerante & relacin A/C controlada por el operadorDRY MIXAgua+aceleranteAire+Agregados+CementoMETODO DE LANZADO POR VIAVENTAJASSECA Se facilitan ciertas condiciones deaplicacin. (filtraciones). Permite bajas relaciones A/C Maquinaria ms econmica. Mayor energa de compactacin. Mayor densidad de mezcla colocada.METODO DE LANZADO PORDESVENTAJASGran polucin de polvoVIASECAMezcla controlada por elOperador de maneraemprica (Experiencia)Dosificacin irregular de mezclaGran variacin en susresultadosBaja produccin (< a 1 m3/hr)Alto rebote (de 25% a40%).laCondiciones de aplicacinambientalmente inconvenientesSHOTCRETE VIA HMEDA(DESDE1970)Mezcla hmeda -agregados, cemento, agua aditivosMEZCLA HMEDA BOMBEADAAceleranteAire ComprimidoAceleranteRendimiento : 4 to 5 m3/hrRebote: Agregados - 2 to 10%Fibras de acero 2% to 10%Bomba de dosaje de acelerante integradaControl de dosaje del acelerante y volumen de aire en la bombaMETODODELANZADOPORVIAHUMEDAEl concreto setransporta con toda el agua de amasado, el aditivo se coloca en laboquilla

METODO DE LANZADO POR VIAVIA HUMEDA (Ventajas)HUMEDAMayor control sobre relacinA/C.Permite uso de sper plastificantes.Mejor distribucin del agua en la mezcla.Menorrebote que en va seca.MayorMayorrendimiento de colocacin.homogeneidad entre capasPermite uso de equipos convencionalesdebombeo de concreto normal (Flujo Denso).METODO DE LANZADO POR VIAHUMEDAVIA HUMEDA (Desventajas)Equipos ms costosos con mantenimiento msexigente.Mayor logstica ymezcla y obra Menor calidad en seca.No es muy eficazagua.Equipos grandes pequeas.coordinacin entre planta dela compactacin que en lavadonde hay filtraciones dey limitados para laboresCOMPARACION ENTRE CONCRETO LANZADO SECO Y HUMEDOFACTORESMEZCLA SECAMEZCLA HUMEDACALIDAD- Alta re s is te ncia de bido al ratio bajo e ntre agua-ce me nto.- La me zcla de pe nde de la adicin de l agua que e s re gulada por e l ope rador manualme nte .- Ratio agua-ce me nto, e s alto.- Me zcla homog ne a.VELOCIDAD DE IMPACTO- Alta, bue na adhe s in y fcil de aplicar e n bve das .- Ade cuado para e l trabajo e n mine ra.ADITIVOS- En polvo para agre gar a la me zcla s e ca.- Ge ne ralme nte lquido, s e me zcla con e l agua.POLVO- Alta produccin de polvo, pue de s e rre ducida te nie ndo e l agre gado con una hume dad prome dio de 5 a 6%.- Da bue nos re s ultados e n zonas con poca agua.- Muy poco polvo y me jor vis ibilidad.- En zonas con agua no pe ga la me zcla.COMPARACION ENTRE CONCRETO LANZADO SECO Y HUMEDOFACTORESMEZCLA SECAMEZCLA HUMEDAEQUIPO- B ajos cos tos de inve rs in- Mante nimie nto s imple y poco fre cue nte- Difcil de limpiar.- Equipo compacto y adaptable e n tne le s con e s pacios limitados- Mayor cos to de inve rs in- Rinde mayor produccin.- Ms fcil de limpiar.- Cons ume 60% me nos de aire comprimidoMEZCLA- Se hace fre cue nte me nte e n e l s itio de trabajo o s e lle va la me zcla s e capre parada.- No hay bue n control de la re lacin agua-ce me nto.- La me zcla pue de s e r trans portada grande s dis tancias .- La dos ificacin de la me zcla e s ms pre cis a dado que e l agua forma parte de e s ta.- Me jor control de la re lacin agua-ce me nto.- En largas dis tancias la me zcla pue de fraguar.RENDIMIENTO- En prome dio 5m3/hora.- En prome dio de 2 a 10 m3/hora, con manipulador me cnico pue de alcanzar20 m3/hora.REB OTE- Pue de s e r e ntre 15-40% e n pare de sve rticale s y e ntre 20-40% e n la bve da. El re bote forma vacos e n los has tiale s .- Alta p rdida de agre gados y ce me nto.- Ge ne ralme nte e s 10% e n prome dio, o me nos .- Poca p rdida de mate riale s .

COMPARACION ENTRE CONCRETO LANZADO SECO Y HUMEDO

COMPARACION ENTRE CONCRETO LANZADO SECO Y HUMEDOANTESDESU APLICACINPreparar la superficie de aplicacin con un buendesatado, de ser posible perfilando la superficie.EliminarEliminarANTESDE SU APLICACIN Lavado de la superficie para quitar elcomprimido.polvo, puede sercon aguaoaire Colocacin de calibradores (1 Unid/2m)para el control delespesor.CalibradoresSUGERENCIAS DE OPERACIONCalidad depende de la destreza del lanzador.Elflujodeconcretodebesercontinuo.Podranpresentarsesobredosificaciones odeficienciasdeaditivoo aguacuandosebombea en vaco.La distancia de la boquilla al sitio debe estarentre 0,5 mts a 1,5 mts (va seca) y hasta 2.0mts en va hmeda.La colocacin se inicia de abajo hacia arriba.SUGERENCIAS DE OPERACION Cuando la estructura es reforzada seacercar ms la boquilla para evitar sombrastras la armadura. La inclinacin de la boquilla debe serperpendicularolevementeinclinada(mximo 10 grados). Cuando se lanza por capas seretirar elrebote y se dejar superficie rugosa.POSICIN PARA LANZAR

Correcta Posicin para lanzarCorrecta Posicin para lanzar

AngulooPosicin delvs. ReboteLanzadoALTO REBOTEMAXIMO REBOTEBAJO REBOTE

APLICACION