Selección de pernos de anclaje17 diciembre, 2013 por Seguridad Minera 0 Comentarios

La importancia de la evaluación de las condiciones geomecánicas y operativas, en

el proceso de selección de los sistemas de sostenimiento, toman un papel

determinante en el proceso de brindar un adecuadocontrol de la inestabilidad

subterránea.

Por ello, es importante que los profesionales encargados de recomendar

las técnicas de sostenimiento, así como los encargados de la aplicación del

sostenimiento, estén íntimamente compenetrados con las relaciones que, de

manera directa, existen entre la evaluación geomecánica y la operatividad de las

zonas inestable.

El no realizar la interacción con estas macrovariables, podría originar situaciones

nocivas para la seguridad de la operación minera, reflejadas en:

a) Una inadecuada selección del tipo de sostenimiento.

b) La generación de condiciones sub-estándares en la labor a estabilizar,

exponiendo a los trabajadores a un mayor riesgo.

c) Sobredimensionamiento o subdimensionamiento de los elementos de

sostenimiento.

Adicionalmente generar un incremento de costos en los programas de

sostenimiento por la aplicación de alternativas de sostenimiento más costosas.

Conforme a ello, la importancia de interactuar con dichas macrovariables radica

principalmente en dos objetivos: el de seguridad y el de productividad en las

operaciones subterráneas.

Macrovariables de análisis

Macrovariable geomecánica

La importancia del estudio de la macrovariable geomecánica, deberá considerar

los siguientes parámetros geomecánicos básicos de estudio:

1) Calidad geomecánica de la zona inestable.

2) Análisis de la estabilidad estructuralmente controlada (evaluación de formación

de bloques y/o cuñas con relación a la orientación de los sistemas de

discontinuidades y la dirección del eje de la excavación)

3) Niveles de esfuerzos presentes en la zona de trabajo.

4) Parámetros mecánicos de la masa rocosa (módulos elásticos)

5) Análisis de los factores de seguridad conforme a los niveles de inestabilidad de

la zona.

Macrovariable operativa

Dentro de los parámetros operativos de estudio, que deberán ser considerados

para la selección de la alternativa de sostenimiento, se tienen:

1) Tiempo de exposición de la labor minera: este parámetro esta ligado

íntimamente al planeamiento de minado.

2) Dimensionamiento de la labor minera: parámetro base para la elección de los

sistemas de sostenimiento.

3) Accesibilidad a la zona inestable: evaluando los ingresos para la disposición de

los equipos y elementos de sostenimiento.

4) Disponibilidad de servicios: para la aplicación de la alternativa de sostenimiento.

5) Costos de las alternativas de sostenimiento a ser aplicadas: análisis costo –

beneficio.

Cabe señalar que estos parámetros operativos básicos expuestos, no tienen un

carácter absoluto, pudiendo adicionar más factores conforme a las características

del yacimiento minero. De la misma forma, este punto es aplicable para los

factores geomecánicos analizados inicialmente.

Criterios de selección de los pernos de anclaje

La importancia de la interacción entre las macrovariables geomecánicas y las

operativas para la selección adecuada de la alternativa de sostenimiento, es el

pilar clave para una adecuada recomendación de sostenimiento, salvaguardando

los intereses de seguridad, productividad y de costos para la compañía minera.

Por lo general, cuando se evalúa la factibilidad del uso de una alternativa de

sostenimiento correspondiente a la categoría por refuerzo (pernos de anclaje),

muchas veces es analizada únicamente la macrovariable geomecánica,

enfocándose solamente en la evaluación de las características geomecánicas del

macizo rocoso (condiciones de calidad de roca y evaluación de la estabilidad

estructuralmente controlada, principalmente), mas no de las características

operativas de la zona inestable.

La diferenciación de la categoría de los anclajes (adherencia o fricción) se

efectuará evaluando los siguientes factores operativos:

• Evaluación del tiempo de exposición de las labores a sostener.

• Capacidades de carga de cada una de las alternativas de anclajes.

• Análisis de factores de seguridad.

• Dimensionamiento de la labor minera.

• Análisis de los servicios para la aplicación de la alternativa seleccionada.

• Evaluación de costo – beneficio de la alternativa seleccionada.

De estos parámetros operativos, la evaluación del tiempo de exposición, asociada

al grado de seguridad requerida de la labor minera y a la capacidad de carga que

ofrece el anclaje, establecen la base para la selección de la categoría de anclaje a

utilizar. Es importante indicar, que la evaluación del primer parámetro, determinará

el filtro para la elección de la categoría de anclaje a ser aplicado, ya que asociará

el tiempo de exposición de la labor minera con las características mecánicas de la

categoría del anclaje.

Cabe mencionar, que los pernos de anclaje están agrupados en dos categorías de

refuerzo: anclajes por adherencia y anclajes por fricción. Dentro de los cuales se

encuentran agrupados los diversos tipos de anclajes conocidos en el mercado.

Asimismo en esta parte del análisis, es importante tener claro si la categoría del

anclaje seleccionado corresponde a un soporte permanente o si corresponde a

un soporte temporal. Esta premisa es importante al momento de seleccionar el tipo

de sostenimiento, ya que las categorías por adherencia están asociadas a

soportes permanentes, mientas que la categoría por fricción esta asociada a

soportes temporales.

Una vez seleccionada la categoría de anclaje a ser utilizada, es necesario asociar

el parámetro de la capacidad de carga que ofrece el anclaje. La capacidad de

carga del anclaje, es el resultado de la medición cuando este se encuentra

dispuesto dentro de la masa rocosa. Por ello, se debe tener claro el concepto de

anclaje, el cual resulta de la asociación del macizo rocoso, el perno de acero, y de

ser el caso, el encapsulante aplicado (el encapsulante lo constituye la matriz de

adherencia en los pernos de la categoría de este nombre). Por esta razón, no es lo

mismo la capacidad de carga del anclaje inserto y la capacidad de carga del perno

no inserto, cuya verdadera nomenclatura estará asociada a las propiedades

mecánicas del elemento de sostenimiento.

Una vez claro este concepto, será necesario comprobar las capacidades de carga

reales del anclaje seleccionado, lo cual se obtiene mediante un programa de

monitoreoque consiste en efectuar pruebas de arranque o también llamadas

ensayos “pull tests”. Es importante en esta etapa, tener en cuenta que las

capacidades de carga de los anclajes monitoreados, estarán en relación directa al

dominio geomecánico en el cual fueron aplicados.

El Análisis de los factores de Seguridad es otra variable de evaluación la cual

estará asociada a los Tiempos de exposición de las labores mineras. Es decir los

FS estarán en relación directa al tiempo de exposición de las labores a ejecutarse.

El grado de seguridad demandado para la estabilidad de la labor minera, deberá

analizarse y controlarse con la alternativa o las alternativas de sostenimiento a

aplicarse, para no caer en un sobredimensionamiento de dichos sistemas de

soporte.

El Dimensionamiento de la Labor Minera; vinculado al análisis de las aberturas

expuestas susceptibles a inestabilidad. En ésta etapa, el dimensionamiento –

abiertos de las excavaciones, tomará un papel clave en la elección de las

alternativas de soporte a proponer; ya que conjugará factores externos más

complejos cuando más grande sea la excavación.

El Análisis de la Evaluación Costo Beneficio de la alternativa seleccionada es

importante, anexada al costo del anclaje, estableciendo el índice: USD/Tn.

sostenida.

Es decir a que costo sostenemos una tonelada de masa rocosa, estableciendo de

esta forma unaoptimización del sostenimiento aplicado en la operación minera,

esto contribuirá a un mejor control de los costos de sostenimiento mina.

Artículo publicado en la revista Seguridad Minera n° 96. Escrito por Mgs. Ing.

Martín Flores, Sub Gerente de Línea Sostenimiento de Rocas y Geomecánica –

Corporación Aceros Arequipa S.A.

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SOSTENIMIENTO ACTIVO DE EXCAVACIONES MINERAS SUBTERRÁNEAS Y A CIELO ABIERTO MEDIANTE EL MORTERO DE RESINA EN PERNOS Y TENDONES

DE ANCLAJE

Oswaldo Ortiz Sánchez*, Francisco D. Fernández Cauti**, Wilfredo Blas Guzmán*

RESUMEN 

El perno o tendón de anclaje es un dispositivo de sostenimiento eficaz, de instalación simple y rápida y de menor costo que cualquiera de los métodos de sostenimiento conocidos. Existe una gran variedad de pernos y tendones para fijar la roca, que van desde los bulones de madera hasta los de tubo de fierro y varillas de acero liso y corrugado con anclajes que en general son de dos clases: puntual y longitudinal. El más difundido en el presente es el anclaje longitudinal, del cual el anclaje con lechada de cemento se usa más por su facilidad de aplicación y bajo costo. La lechada de cemento, no obstante, tiene deficiencias para su aplicación en anclaje debido a su baja resistencia a la tensión y corte, contracción volumétrica al fraguar, baja capacidad de adherencia, prolongado período de fraguado, baja resistencia a la corrosión, a la humedad, al intemperismo y a las vibraciones.

Tabla de contenido

PDF del artículoIntroducción

Objetivo

Justificación

Elección de la resina

Metodología

Conclusiones y recomendaciones

Figuras y tablas

Bibliografía

La alternativa es la resina, pero su elevado costo prácticamente ha eliminado su uso como anclaje de pernos y tendones especialmente en la industria minera. La solución que se plantea en este estudio es el empleo de un mortero de resina constituido por grava de cierta granulometría y resina expansiva en una proporción de 4 a 1, lo que permitiría el regreso de la resina como anclaje de pernos tanto en la minería subterránea como en la superficial y en otras innumerables aplicaciones de consolidación de terrenos en el campo de la ingeniería civil.

Las pruebas de laboratorio efectuadas muestran que el mortero de resina tiene mayores niveles de adherencia a la roca que la lechada de cemento. Adicionalmente, el fraguado es rápido, posee gran resistencia a la corrosión ácida o alcalina, soporta la humedad y altas vibraciones.

Para la aplicación de la grava se ha diseñado un inyector neumático cuya característica es usar el aire disponible de la operación minera o de cualquier compresor. 

La instalación del perno o tendón tiene la siguiente secuencia: 1° perforación del taladro a la profundidad y diámetro requeridos, 2° instalación del perno o tendón, 3° inyección de la grava en los espacios vacíos del taladro, 4° inyección de la resina (dos componentes), mediante una bomba que trabaja a presiones variables hasta 200 bares, siendo ésta graduable de acuerdo con los requerimientos.

El sistema es aplicable en el techo, paredes o piso de la excavación y el tiempo de aplicación no es significativamente mayor que el empleado en la instalación de los otros tipos de pernos (5 a 7 minutos por perno). 

Palabras clave: Mortero, resina, grava, perno, anclaje, inyector.

SUMMARY

The rock or cable bolt is an efficient and simple rock mass support; it takes few minutes to install and it is lower in cost than any of the known methods of rock support. Rock bolts are of many kinds running from the wooden bolt to the tube and corrugated steel bar. Fixing the bolt in place can be achieved by point or longitudinal anchoring the last one being more commonly used. In both underground and surface mining including soil stabilization, the cement type longitudinal anchoring is more frequently applied due to its low cost and easy handling. Cement grout anchoring however has defficiencies due to its: a) low resistance to tension and shear, b) volumetric shrinking, c) low adherence capacity, d) long period of hardening , e) low resistance to corrosion and weathering , vibration and humidity.

Resin grouting was efficient for anchoring bolts in the past, however it is no longer used in mining due to its high cost. The alternative presented in this study is a gravel-resin mortar at a ratio of 4 gravel to one resin. Gravel sizes tested in the laboratory ranged from 2 to 6 mm. in diameter. The resin is a poliuretane with expansion properties which increases its volume from one to ten depending on the level of gravel humidity. 

Physical properties of this material and some other characteristics such as resistance to corrosion, vibrations and period of hardening are much better than those of the cement grout. Gravel injection into the drill hole is achieved by a designed pneumatic injector which uses the installed air pressure and flow at site.

The rock bolt sequency installation is as follows: 1) drilling of the bolt hole at the required position, depth and diameter, 2) bolt fixing at the collar and installation of the injection tube, 3) gravel injection into the hole chamber, 4) resin injection into the gravel particles spaces.

Time taken for installation of each bolt is in the range of 5 to 7 minutes which is about the time used in installing the other systems of rock bolts. 

Key words: Morter, resin, gravel, rock bolt, injector. 

I. INTRODUCCIÓNEn toda explotación minera, el sostenimiento de las labores es un trabajo adicional de alto costo que reduce la velocidad de avance y/o producción pero que a la vez es un proceso esencial para proteger de accidentes al personal y al equipo.

Existen varios métodos de refuerzo de la roca, pero de todos el tendón o perno es el más efectivo, rápido de instalar y de bajo costo. Se conocen varios sistemas de pernos y tendones de anclaje desarrollados a través de los años por grupos de investigación y empresas fabricantes para su aplicación en la estabilización de excavaciones subterráneas y superficiales. Estos van desde el bulón de madera hasta el tubo de fierro o acero y varilla de acero corrugado que pueden anclarse de dos formas diferentes: Puntual y longitudinal. Para los fines de este estudio, nos interesa el anclaje longitudinal, que también puede ser muy variado, pero mencionaremos solo a la lechada de cemento y a la resina epóxica, esta última muy eficiente en sostenimiento inmediato y donde existen aguas corrosivas y otras restricciones. Actualmente es escasa su aplicación en operaciones mineras por su elevado costo; en su reemplazo se emplea la lechada de cemento que es muy usada en anclaje longitudinal con resultados satisfactorios en ambientes secos, ausentes de aguas corrosivas, o donde no se generan vibraciones y no se requiere sostener el terreno con rapidez y en forma

permanente.

II. OBJETIVODesarrollar un anclaje longitudinal en pernos y tendones mediante el mortero de resina, cuyas características de sostenimiento sean superiores a las de la lechada de cemento. 

Diseñar y fabricar un inyector neumático de grava para el bombeo de la grava al recinto de anclaje donde se mezclará con la resina de dos componentes bombeada a presión. Simular el sistema para calibrar los inyectores de grava y resina y efectuar pruebas en el campo.

III. JUSTIFICACIÓNLa estabilización de terrenos en operaciones mineras y en construcciones en general es una labor de gran importancia y necesidad, pero a la vez de alto costo, que ocupa parte del tiempo de labor pudiendo interferir con los avances. En la minería, el desprendimiento y caída de roca constituye el mayor causante de accidentes incapacitantes y fatales de acuerdo con las estadísticas. Se requiere por lo tanto métodos de sostenimiento rápidos, seguros y de bajo costo. Los pernos y tendones de anclaje cumplen estos requerimientos pero poseen limitaciones que deben analizarse para mejorarlos. Este estudio pretende contribuir con una alternativa de sostenimiento especialmente para terrenos difíciles con presencia de aguas corrosivas y otros factores limitantes, a costos competitivos y condiciones técnicas ventajosas en el uso de los diferentes tipos de pernos y tendones de anclaje.

3.1. Rapidez de sostenimiento

La Fig. N° 1 muestra el comportamiento de la roca al crearse una abertura en un macizo rocoso. El movimiento, antes de la instalación del soporte, está representado por el segmento OA. Si el sostenimiento fuera incompresible, la carga sobre el soporte sería la línea AA', pero todo sostenimiento se deforma y también las paredes de la excavación llegando a un punto de equilibrio en C con un desplazamiento radial OB y deformación AB del soporte a un nivel de carga CB. El equilibrio en C se obtiene solo si se aplica un sostenimiento apropiado y es colocado a tiempo. La línea AeE muestra el comportamiento de este soporte que cede antes de que la excavación se estabilice. La línea AF representa sostenimiento muy débil poco confiable y la línea GH corresponde a un sostenimiento muy tardío y por lo tanto ineficiente. Esto nos lleva a la conclusión de que el soporte debe ser instalado tan pronto como sea posible para que sostenga la deformación inicial de la roca al mismo tiempo que la masa rocosa genera su arco de sustentación. Adicionalmente, a menor competencia de la roca, más rápidamente debería instalarse el soporte para que el sostenimiento activo de la roca sea más efectivo y requiera menor capacidad de resistencia que un soporte pasivo. El soporte activo es de menor magnitud que el pasivo debido a que se utiliza la capacidad de autosostenimiento de la roca mientras que en el soporte pasivo se tiene todo el peso gravitacional de la roca. El perno de anclaje reúne las condiciones de soporte activo. Figura N° 1

IV. ELECCIÓN DE LA RESINASe conocen cuatro tipos de resinas que pueden usarse como adherentes: Metacrilatos, poliéster, epóxica y furánica. Las resinas poliéster y epóxica son las más usadas. El poliéster es inferior a la epóxica en resistencia, capacidad de adherencia y recubrimiento, pero su costo es inferior a esta y su resistencia es mayor que la de la mayoría de las rocas.

El poliéster es un líquido que se solidifica en contacto con un catalizador. Su resistencia se incrementa con el tiempo muy rápido al inicio y luego lento. En su masa contiene rellenos como cuarzo, plásticos, fibra de vidrio y asbesto en un 50 % de la mezcla total. Posee alta resistencia a la corrosión de ácidos, álcalis y otros; tiene baja contracción volumétrica, alta resistencia a la compresión, vibraciones y cargas repetidas. Las resinas poliuretanos de uno y dos componentes que son de la familia poliéster, poseen propiedades similares a las descritas anteriormente y algunas son de características expansivas y de alto poder de fijación, y son apropiadas en consolidación e inyección de suelos y excavaciones.

Considerando el sistema de aplicación de los elementos del mortero en el taladro donde primero se inyecta la grava y luego la resina, y la facilidad de las pruebas en el laboratorio sin usar presión significativa de inyección, se decidió experimentar con la resina expansiva poliuretano de dos componentes. Esta resina, cuya marca comercial es CarboPur WFA, tiene alto poder de penetración y baja viscosidad que permite rellenar fisuras y espacios pequeños con gran facilidad. En contacto con la humedad de la roca, la resina CarboPur WFA se expande de 2 a 10 veces su volumen inicial, propiedad muy importante para automezclarse con la grava. Adicionalmente, esta resina tiene características superiores a las de la lechada de cemento haciéndolo muy atractiva para fijar pernos y tendones en taladros perforados en roca.

V. METODOLOGÍA El desarrollo del mortero de resina se inició con las pruebas de laboratorio para determinar las características físicas de este tipo de anclaje. Adicionalmente, se efectuó un estudio microscópico para determinar el grado de penetración de la resina en los granos de grava y estimar el nivel de consumo de resina de los diferentes tipos de roca. Esta propiedad fue detectada al efectuar las prue bas de adherencia de la resina en varios tipos de roca y es importante para minimizar el uso de la resina al elegir el tipo de grava de la mezcla. La grava que se utilizó en las pruebas fue una andesita de grano fino caracterizada por su baja absorción de resina.

5.1. Pruebas de laboratorio

Las pruebas macroscópicas de laboratorio efectuadas son: Compresión uniaxial, tensión indirecta, corte y adherencia tanto para la lechada de cemento como para el mortero de resina. Las pruebas en lechada de cemento tuvieron como objetivo servir de patrón de comparación en razón de que el anclaje de cemento es ampliamente usado en la mayoría de las operaciones mineras. Las frecuencias de estas pruebas fueron de 2 días durante la primera semana y de 4 a 6 días hasta completar los 28 días de consolidación del cemento. Se ejecutaron 84 pruebas en lechada de cemento y 20 pruebas en mortero de resina. El resumen de los resultados de estas pruebas se muestra en la tabla N.° 1.

5.1.1. Preparación de muestras

Las muestras para las pruebas se prepararon en probetas metálicas cilíndricas desarmables de 10 cm de diámetro interior y 20 cm de altura para la lechada de cemento y el mortero de resina. Adicionalmente se prepararon muestras prismáticas de 4 x 4 x 16 cm en moldes metálicos desarmables. Las pruebas de adherencia requirieron perforaciones de varios diámetros en muestras de rocas. Se obtuvieron muestras perforadas de 11 a 16 cm de alto y diámetros entre 1-3/4 a 3 pulg. 

5.1.2. Lechada de cemento

La lechada de cemento para las pruebas se preparó en un mezclador de cemento y

agua en la proporción de 19 litros de agua por bolsa de cemento Pórtland ASTM tipo 1 "El Sol" de 42.5 kg. Se obtuvo una mezcla homogénea con la que se moldearon las probetas y prismas para las pruebas a intervalos de 2 a 6 días hasta los 28 días de fraguado.

5.1.3. Mortero de resina

Para las muestras de mortero de resina se preparó grava de roca de alta dureza de 3 tamaños: 2, 4 y 6 mm de diámetro. El costo de esta grava preparada en el laboratorio es elevado, por lo que se optó por adquirir roca chancada bulk y luego separarlos por tamaños con mallas adquiridas de los tamaños requeridos. Después de observar el comportamiento del sistema, se decidió trabajar con grava de granulometría entre 4 y 6 mm en razón de que la inyección de la resina en las muestras no se hacía a presión. La resina escogida fue el poliuretano CarboPur WFA de dos componentes de fraguado rápido (3 minutos), con endurecimiento total en 2 horas. La mezcla de los dos componentes en presencia de humedad produce una espuma consistente que aumenta su volumen inicial entre 2 a 10 veces dependiendo del porcentaje de humedad.

5.2. Pruebas físicas

Las muestras preparadas en ambos casos, lechada de cemento y mortero de resina, se probaron por compresión simple, tensión indirecta, corte y adherencia. Dos pruebas adicionales programadas: contracción volumétrica y tiempo de fraguado, no fueron efectuadas en razón de que para el mortero de resina no se consideró de importancia y en la lechada de cemento fue posible evaluarlos cualitativamente al ejecutar las otras pruebas.

Los niveles de resina que se probaron fueron 15, 20, 25 y 30 por ciento del volumen total requerido en los 3 tipos de muestra: Probetas, prismas y perforaciones en roca. 

Las muestras se prepararon llenando primero los moldes con grava hasta el volumen calculado para cada tipo de probeta. Previamente, la grava fue humedecida con agua para aprovechar la propiedad expansiva de la resina. Para tal efecto, las muestras fueron confinadas en ambos extremos para tener un ambiente cautivo permitiendo que la resina penetre en todos los vacíos dejados por la grava. El aire desplazado de los espacios entre partículas de grava, fue expulsado al exterior por la resina a través de pequeñas aberturas dejadas en el extremo superior del molde.

5.2.1. Compresión

Las pruebas de compresión uniaxial se ejecutaron en una prensa Tinius Olsen de 100 000 kg de capacidad.

Las probetas de lechada de cemento se probaron a intervalos de 2 a 6 días con el objeto de evaluar los cambios de resistencia en relación con el tiempo de fraguado en un periodo de 28 días. Se obtuvo un incremento apreciable de la resistencia desde 110 kg /cm2 hasta 250 kg /cm2 entre el primer y el octavo día de fraguado. En el intervalo de 9 a 28 días se registró gran dispersión de datos alcanzando un valor medio de 270 kg /cm2.

Las pruebas de compresión requieren acondicionamiento de la muestra para que la carga sea aplicada uniformemente, para lo cual en los extremos circulares de la probeta se pegó una lámina de una mezcla de azufre y bentonita a 60 ºC. Esta capa corrige irregularidades y le da horizontalidad a las bases para asegurar una prueba de

compresión confiable. El equipo Tinius aplica carga a un ritmo ascendente de 12 kg /seg.

Las pruebas de compresión en las muestras de mortero de resina siguen los mismos lineamientos que para la lechada de cemento. La tabla N.º 1 presenta los promedios de las resistencias a la compresión simple de las probetas de lechada de cemento y mortero de resina.

5.2.2. Tensión

Para las pruebas de tensión se aplicó el método indirecto brasilero, para lo cual las probetas colocadas horizontalmente se sometieron a compresión perpendicularmente a sus ejes longitudinales. El cálculo de la tensión se obtuvo por la expresión: ó = 2. T/(p x D x h) donde T es la fuerza de compresión aplicada por el equipo Tinius; D y h son el diámetro y altura de la probeta, respectivamente. La velocidad de aplicación de la carga fue de 11.5 kg/seg.

Los esfuerzos calculados para las probetas de lechada de cemento varían con el tiempo de fraguado desde un promedio de 10 kg/cm2 en el primer día de fraguado hasta 22 kg/cm2 como máximo en el día 28 de fraguado.

5.2.3. Corte

En la prueba de corte se requirió un aditamento especial de acero que se fabricó y acopló a la prensa Amsler de 100 000 kg de capacidad para simular el corte en materiales masivos como la lechada de cemento y el mortero de resina. Las probetas para la prueba son prismas rectangulares de 4 x 4 x 16 cm que calzan exactamente en el aditamento de acero. El corte se genera en un plano vertical transversal al eje de la muestra aplicando la carga ascendente a un ritmo de 12 Kg/cm2. En la lechada de cemento la resistencia al corte es errática y se inició con 33 kg/cm2 alcanzando 49 kg/cm2 en el día 8 de fraguado. Entre los días 9 y 28 se produce gran dispersión estableciendo una media de 40 kg/cm. Las pruebas de corte en prismas rectangulares de mortero de resina tienen una mínima de 25 kg/cm2 y una máxima de 34 kg/cm2. 

5.2.4. Capacidad de adherencia

La adherencia de la lechada de cemento se probó en muestras de roca con perforaciones de 3 pulgadas de diámetro y para el mortero de resina en muestras de varios tipos de roca con perforaciones entre 1-3/4 a 3 pulgadas de diámetro.

Las perforaciones en las muestras fueron rellenadas con lechada de cemento o mortero de resina fijando además una varilla metálica de 2 pies de largo en el eje central con el objeto de facilitar las pruebas en el equipo Tokyokoki Seizosho cuya capacidad de tensión/compresión es de 50 000 kg. En estas pruebas se midió la adherencia en la interfase roca-lechada de cemento y roca-mortero de resina. Para la lechada de cemento se calculó una media de 8.00 kg/cm2 y para el mortero de resina 24.00 kg/cm2.

La baja adherencia de la lechada de cemento a la roca podría reducirse aún mas si esta contiene humedad o hay generación de ácidos o álcalis o si la masa rocosa se encuentra sometida a vibraciones.

5.3 Optimización del mortero de resina

El mortero de resina puede optimizarse mediante el análisis de sus componentes

básicos: grava y resina. La grava tiene como variables principales la granulometría, porosidad de roca, dureza y nivel de humedad. En la resina expansiva influyen la densidad, fluidez y humedad.

5.3.1 Grava

Es el componente básico del mortero y debe seleccionarse tomando en cuenta su granulometría, alta dureza, baja porosidad y contenido de humedad. El tamaño de grano varía en relación directa con la velocidad de recubrimiento de las partículas de la masa de grava, porcentaje de humedad y tipo de roca de la grava y de las paredes del taladro. Otras variables son el confinamiento del recinto del taladro y la presión de inyección de la resina. Se estima, de acuerdo con las observaciones en las pruebas, que el tamaño de grava debe estar entre 2 a 6 mm de diámetro. El tipo de roca de la grava y de las paredes del taladro tiene influencia en el consumo de resina. A mayor porosidad de la grava y de las paredes del taladro, mayor consumo de resina. La grava debe prepararse, por lo tanto, de roca masiva de alta dureza para evitar alta absorción de resina. La proporción grava/resina en el mortero es superior a 3/1, lo que permite disminuir costos.

5.4 Inyectores de grava y resina

El equipo inyector de grava transporta a presión neumática la grava con cierta humedad hasta el fondo del taladro para pernos instalados hacia arriba y hasta el collar del taladro para pernos instalados hacia abajo. La presión de inyección es graduable y depende de la densidad de la grava, altura de inyección, flujo de la grava (tiempo de inyección) y orientación del taladro (arriba o abajo).

5.4.1 Inyector de grava

Este equipo consta de tolva de alimentación, mezclador de grava y aire, accesorios. Se diseñó dos tipos de tolva: una abierta a presión atmosférica y la otra herméticamente sellada para recibir una presión graduable sobre la superficie libre de la masa de grava que permite empujar la grava dentro del flujo de aire a presión.

5.4.1.1 Parámetros

El sistema integral consta de: a) elemento motor dado por el aire a presión, b) dispositivo mezclador de aire-grava y c) tubo de salida o de alimentación de grava. El elemento motor es el aire a presión que es tomado del sistema de aire comprimido de la operación minera o de un compresor portátil. El volumen de aire suministrado generalmente es de 4 a 5 m3/min a presiones que varían entre 2 y 6 bares. La tubería auxiliar de aire a presión es de 1 pulg. de diámetro y llega al equipo a través de un tubo flexible de alta presión que permite mover el cargador a un punto cercano al taladro que se requiere inyectar. La tolva cilindro-cónica del mezclador recibe la carga de grava manualmente y alimenta una cantidad constante de grava calculada para cada taladro de acuerdo con su diámetro, longitud y diámetro del perno. La grava se mezcla con el aire y viaja hasta el collar del taladro por medio de un tubo de 3/4 de pulg. de diámetro y desde aquí a través de un tubo de 3/8 de pulg. de diámetro hasta el punto de entrega en el taladro. La grava llena el recinto vacío del taladro y el tubo de alimentación queda en posición para inyectar la resina. La longitud de la tubería de alimentación de grava debe ser reducida al máximo para mantener la caída de presión siempre menor que la presión disponible, lo que se consigue acercando el mezclador al collar del taladro. 

5.4.2 Inyector de resina

El inyector de resina es una bomba que puede entregar 200 bares. Impulsa la resina hasta el fondo del taladro a través del mismo tubo de inyección de la grava.

El equipo de bombeo de resina es de diseño especializado con las siguientes características: Fabricante: CarboTech, Berg-und Tunnelbausysteme GMBH, Alemania, sistema neumático, 2 a 6 bares de presión de propulsión y 200 bares de presión de elevación, caudal de aire consumido 4.5 m3/min., caudal de la bomba 0.30 - 2.50 litros/min., peso 28 kg. El equipo posee tubos flexibles de aspiración, enjuague e inyección y adaptador de conexión.

5.4.3 Simulación de inyección  

Estas pruebas permitieron estimar la velocidad y tiempo de penetración de la resina en una columna de grava de 1 metro de altura en tubos de plástico de agua de 1-1/2 pulg. de diámetro. Las pruebas se efectuaron a 2 niveles de presiones de inyección: 3 y 5 bares para 2 tamaños de grava: 4 y 6 mm. Los tubos que simulan taladros confirmaron la facilidad del movimiento de la resina en la masa de grava estableciendo la presión de inyección apropiada, el tiempo de viaje de la resina y el tamaño de grava. La tabla N.º 2 presenta los resultados de estas pruebas.

5.5 Costos del sistema

Los elementos que intervienen en el cálculo de costos son: Resina, mano de obra, grava, perno. Este estimado no incluye la perforación del taladro, el cual debe tener un diámetro de 38 mm o más dependiendo del lugar de aplicación del mortero. Los cálculos nos muestran que el diámetro del taladro no debe ser superior a 2-1/2 pulg. en aplicaciones de superficie, en razón de que a mayor diámetro el costo de la resina se incrementa rápidamente.

Para un perno de 3/4 de pulg. de diámetro, 2.50 m. de largo, instalado en un taladro de 38 mm de diámetro el desglose del costo es el siguiente:

Perno de anclaje S/. 13.00

Platina y otros 6.00

Tubo de inyección de 3/8 pulg. diámetro 3.00

Grava 2 kg. 1.50

Resina al 25% de volumen de grava 22.00

Mano de obra 2.00

Otros 3.50

Equipo inyector de resina 8.00

Total S/. 59.00

US $ 16.95

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo con las pruebas de laboratorio efectuadas tanto con la lechada de cemento como con el mortero de resina, las resistencias a la compresión y tensión de estos dos materiales son aproximadamente similares pero las resistencias de corte y adherencia del mortero de resina son superiores a las de la lechada de cemento.

Se encontró que la mejor mezcla resina/grava está en la proporción 1 a 4. Esta relación, sin embargo, podría cambiar requiriendo más resina si debido a la presión la resina es forzada a penetrar en las fisuras de las paredes laterales del taladro si estas se encontraran fracturadas. Adicionalmente, puede usarse una amplia gama de tamaños de grava de roca pero es recomendable fijarlo en el rango de 2 a 6 mm de diámetro. Esto, además, influirá en el buen rendimiento del inyector de grava. Se ha encontrado que la resina es más efectiva en adherencia en los espacios más pequeños que limitan roca-perno o roca-roca.

La grava que se experimentó fue la andesita de grano fino de alta dureza que se encuentra en abundancia en la mayoría de las operaciones mineras del país.

Además de la adherencia, las siguientes propiedades del mortero de resina son superiores a las de la lechada de cemento: resistencia a la corrosión ácida o alcalina, resistencia a las vibraciones, rapidez de fraguado, mínima contracción volumétrica, baja densidad y mayor fluidez, que permite eficiente penetración en los espacios más pequeños entre partículas de grava. La resina se consolida mejor en los espacios pequeños de la roca o grava. Con el objeto de facilitar la aplicación de la grava y de los componentes de la resina en el taladro, es factible el desarrollo de un inyector integral de grava y resina para permitir simplificar la operación de instalación del perno. Figuras 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 

Atlas Copco lanza un perno de anclaje para minas profundas que se adapta a movimientos bajo tierra

2007-01-01

Atlas Copco ha desarrollado un nuevo tipo de perno de anclaje que se adapta a

la deformación o desplazamiento de la roca bajo tierra a la vez que mantiene

una capacidad de carga constante.

El compromiso de Atlas Copco de crear soluciones más seguras y productivas para la ingeniería de

suelos y el refuerzo de rocas ha dado como resultado Roofex, un nuevo tipo de perno de anclaje

para minas profundas que se adapta a varios tipos de movimiento de roca.

Siguiéndole los avances realizados por los pernos de anclaje Swellex y los bulones autoperforantes

MAI, el perno de anclaje para mina profunda Roofex satisface la necesidad de una eficaz fijación

de pernos para trabajos de excavación subterránea difíciles, tales como la construcción de túneles

en terrenos deformables o minas profundas en roca de mala calidad.

El nuevo perno está formado por una barra de acero de alta calidad revestida de plástico sujeta al

barreno mediante lechada de cemento o resina. El perno también dispone de un absorbedor de

energía patentado que funciona como un elemento deslizante sobre la barra de acero de alta

calidad. Esto permite que el perno se extienda hacia el exterior cargado, a la vez que garantiza que

la capacidad de carga permanece constante.  De esta forma, el perno puede amortiguar

desplazamientos repentinos como derrumbes o seísmos.

Esto hace que Roofex sea especialmente adecuado para realizar nuevas excavaciones

subterráneas de gran profundidad en rocas de mala calidad o en zonas propensas a derrumbes o

seísmos. El perno se puede producir con la medida estándar utilizada normalmente en la minería y

la excavación de túneles, y la capacidad de desplazamiento se puede preseleccionar durante la

fabricación.

Fortificación subterránea: Firmeza y seguridadoctubre 1, 2014 - 08 Factores que afectan la productividad - Tagged: Tecnología

Gentileza Antolin Cisternas

El sistema de fortificación asegura a los equipos y a los trabajadores de la

minería subterránea, evitando la caída de rocas desde el techo de las

galerías o de sus cajas o costados.

El mercado cuenta con diversos productos y elementos para la fortificación

de túneles, los cuales hacen posible de que el sector  y los equipos estén

seguros dentro de un espacio subterráneo.

Los principales elementos de sustento de este sistema son las mallas,

pernos, shotcrete o una combinación de ellos.

Patricia Avaria R.

Periodista Construcción Minera

Con el objetivo de proteger a los trabajadores y evitar derrumbes en faenas

subterráneas, la industria ha implementado en la construcción de túneles el proceso de

fortificación, que básicamente consiste en recubrir o reforzar el entorno de una labor

subterránea, mediante algún elemento de sustento, tales como marcos, mallas,

pernos, shotcrete, o una combinación de estos elementos. Expertos del rubro coinciden

que es una actividad que constituye una importante contribución a la seguridad en

labores subterráneas, por lo tanto, su ejecución debe ser cuidadosa y realizada

responsablemente. El éxito del sistema y la seguridad de los trabajadores, depende de

que el trabajo de fotificación esté bien hecho.

De acuerdo a la Guía Metodológica para Sistemas de Fortificación y Acuñadura del

Servicio  Nacional de Geología y Minería, Sernageomin, existen dos tipos de

fortificaciones. En primer lugar están las rígidas que corresponden a las que sostienen

sin permitir ningún movimiento  de la roca y deben ser resistentes para sujetar los

bloques que puedan caerse. “En la actualidad, solo se usan en las bocas de las minas o

sectores donde, por razones tectónicas, de mala calidad de la roca o explotaciones

hundidas antiguas, se ha perdido totalmente las propiedades resistentes de la roca”, se

explica en la guía. Los sistemas más usados para estas fortificaciones son los marcos 

de madera o acero.  El segundo tipo de fortificación, son las flexibles, que permiten

deformaciones de la roca  con lo que –según se indica en el documento- se alivian los

esfuerzos y al deformarse mejoran sus propiedades resistentes.

De acuerdo a Oscar Díaz, gerente de operaciones de Antolin Cisternas, el mercado

minero cuenta con diversos productos y elementos para la fortificación de túneles, “los

cuales hacen posible la estabilidad de labores, para que el sector y los equipos estén

seguros dentro de un espacio subterráneo”. Por lo general, este proceso se realiza en

galerías, chimeneas,  preparación y hundimiento, caserones (temporal),  zanjas

(temporal), lugares de acopio de mineral o materiales, entre otros.  Un sistema de

soporte que incluye una combinación de elementos, en el cual, cada uno de ellos

provee una o más de las funciones descritas anteriormente.

En este artículo una revisión a las diversa alternativas que ofrece el mercado para el

desarrollo de esta solución constructiva. Firmeza y seguridad es su horizonte.

Pernos

Se usan diferentes tipos de pernos de anclaje. La diferencia solo radica en su diseño

que corresponde a variedades del mismo concepto. Sin embargo, es posible

clasificarlos  en pernos anclados mecánicamente, pernos anclados con resina o

cemento y  pernos anclados por fricción.

Los pernos anclados mecánicamente (de anclaje con cabeza de expansión) son los más

comunes de este tipo de anclaje mecánico. Es usado tanto en las labores mineras

como en las de ingeniería civil. Con muy pocas excepciones, estos pernos se usan en

rocas medianamente duras; sin embargo, no es recomendable emplearlos en rocas

muy duras, pues la cabeza de expansión puede que no penetre adecuadamente en las

paredes de la perforación y con el tiempo resbala. En lugares donde la labor

permanecerá por muchos años se puede rellenar con cemento. Los pernos de anclaje

constan de las siguientes partes: cabeza de expansión, plancha metálica (4’ x 4’ y 1/4”

de espesor) y tuerca del perno.

Por otro lado, existen los pernos anclados con resina o cemento. El tipo más común en

esta categoría es el perno de barra de fierro o acero tratado, que utiliza la resina o el

cemento como un adherente, es por eso, que se debe asegurar la adherencia necesaria

para solidarizar la barra al terreno. La resina resulta conveniente para ser usada en

pernos sometidos a altas tensiones desde momentos tempranos y se prestan para

pretensado, lo cual no descarta su uso en pernos sin tensión previa.

También están los pernos anclados por fricción, los cuales son los más recientes en la

técnica del anclado. Existen dos tipos: Split set y Swellex. Para ambos sistemas, la

resistencia a la fricción para el deslizamiento entre la roca y el acero, sumado a la

acción mecánica de bloqueo, es generada por la fuerza axial entre la superficie del

barreno y el perno. En instalaciones transitorias la presencia de humedad no es

inconveniente, pero debe descartarse para uso permanente bajo estas condiciones.

Aunque los dos sistemas están descritos bajo un mismo denominador, estrictamente

hablando solo el Split set es de fricción. En caso del Swellex, combina la fuerza de

fricción sumada al mecanismo de expansión del perno al interior del barreno que

habitualmente tiene paredes irregulares. Esta situación genera una acción de

bloqueado que permite obtener alta resistencia a la tracción.

Robinson Jara, ingeniero del departamento técnico y planificación de IVS, cuenta que

existen también los pernos autoperforantes, que son utilizados principalmente en

macizos rocosos de mala calidad, se instalan en forma mecanizada con Jumbos de

perforación. Se emplean en suelos y macizos rocosos,  donde las condiciones del

terreno hacen que las paredes de la perforación colapsen, impidiendo la normal

instalación de cualquier soporte estándar.  Este tipo de perno, consiste en una barra

roscada en sentido izquierdo en toda su longitud, estas barras constan de una

perforación central la cual sirve para el paso de aire o agua de barrido de la

perforación, y también para la inyección de la lechada que puede ser desde el principio

de la perforación o al final de ésta. Para la prolongación del perno, se utiliza una copla

y para la perforación e instalación de este, se utilizan bits de diferentes tipos

dependiendo del suelo o roca.

Mallas

En este tipo de productos están las  mallas de acero para fortificación de túneles, las

que son fabricadas por alambre de acero especial de alta resistencia, en diferentes

grosores, que permitirían manejar una mayor distancia entre los anclajes. Su uso es

especialmente indicado en zonas comprometidas por estallidos de rocas o donde el

macizo rocoso está muy alterado y, por lo tanto, muy fragmentado. El alambre está

protegido contra la corrosión por una aleación especial cuatro veces superior al

galvanizado habitual, lo que lo hace útil en ambientes mineros.  En la construcción

minera subterránea habitualmente se utilizan las mallas mineras electrosoldadas y las

tejidas, trenzadas o de “bizcocho”.

Las mallas soldadas se caracterizan por tener medidas y pesos conocidos, tienen

uniones más sólidas y terminaciones de alta calidad, al tener uniones soldadas que no

se “corren”, las secciones de acero se mantienen sin variación y por tratarse de

elementos prefabricados, las mallas soldadas son fáciles y rápidas de instalar,

ahorrando tiempo y dinero.

Por otro lado, la malla tejida o de “bizcocho” se identifican por su flexibilidad y

capacidad de absorber importantes cantidades de energía, dependiendo de su

instalación. Es muy eficiente en la retención de bloques pequeños inestables,

provocados por eventos sísmicos, activaciones estructurales y otros.  Para la

fortificación, las mallas se instalan apegadas a las paredes de la labor, con todas sus

singularidades, siendo afirmadas con pernos de anclaje o con lechada, dependiendo de

la durabilidad y afianzadas a la superficie de la roca con planchuelas y tuercas. Entre

una y otra malla deben ser traslapadas en sus bordes periféricos.  Las metálicas se

usan como parte de sistemas de fortificación, y es un buen complemento al shotcrete.

Robinson Jara, explica que “las mallas tejidas de alambre galvanizado nacen como

alternativa resistente, práctica y de fácil instalación y se utiliza en combinación con el

perno helicoidal”. Asimismo, actúan como soporte pasivo en los sistemas de

fortificación, cubriendo las superficies rocosas expuestas conteniendo posibles

desprendimientos.

Por otro lado, Jorge Anabalón, Product Manager de Geobrugg cuenta que en el mercado

existe la malla modelo Minax M85/2,7 (resistencia a la tracción ≥ 1.770 N/mm 2) que

reemplazaría las mallas comúnmente ocupadas en fortificación. En resumen, con

menor cantidad de alambre se sostiene la misma carga con un “alto impacto al final

del proceso”. Son instaladas con el dispositivo MESHA®.

Asimismo, se encuentra la malla Deltax G80/3 recubierta con zinc/aluminio, la que

podría reemplazar el uso de shotcrete en algunos sectores con solicitaciones que estén

de acuerdo a su resistencia.

Por último, está la malla Tecco G80/4 probada para cargas dinámicas (como estallido

de rocas), alambre de 4mm de diámetro y recubierta con zinc/aluminio. Esta malla está

diseñada para reemplazar el shotcrete en sectores de mayor solicitación o como

refuerzo para sectores sometidos a cargas dinámicas.

Shotcrete

El hormigón proyectado o shotcrete es un material transportado a través de una

manguera, que se lanza neumáticamente, a alta velocidad, contra una superficie. La

fuerza con que el hormigón o mortero llega a la superficie, hace que la mezcla se

compacte logrando que esta se sostenga a sí misma, sin escurrir, incluso en

aplicaciones verticales y sobre la cabeza.  Este sistema, relativamente nuevo y que ha

tenido en los últimos años un gran desarrollo, solo o combinado con otros métodos

activos de sostenimiento, daría mayor rapidez, seguridad y menor costo a la faena.

La teoría del sostenimiento por shotcrete se basa en que todo macizo rocoso tiene una

tensión interna estable la que se ve alterada cuando, por efecto de la construcción del

túnel, se efectúa una perforación en él. Si la roca está muy averiada por efectos de

fallas, meteorización y/o el disparo, la fricción de las partes quebradas no será

suficiente para detener el movimiento de los fragmentos; es decir, este punto de la

excavación es ahora inestable y trata de desplazarse en dirección de la menor fuerza,

o sea, hacia adentro del túnel. Asimismo, investigaciones han demostrado que si las

rocas quebradas alrededor del túnel están ligadas entre sí y se soportan unas a otras,

la estabilidad se recupera, logrando que la roca se autosoporte.

Maquinaria

Además, de los implementos que hacen posible la fortificación existen las maquinas

que montan estos elementos, es por eso que en el mercado de la maquinaria se ha

estado innovando en los equipos de instalación de estos materiales constructivos, los

que hacen que la obra sea más segura y productiva.

En Expomin 2014, se presentó el nuevo empernador Resemin modelo Bolter 88 D, que

consiste en la instalación de mallas y pernos en forma simultánea, incorporando un

sistema de lanzado de cartuchos automático. Ángel Briones, gerente de Marketing  y

Ventas de Subterra Maquinaria Minera, cuenta que  los equipos de esta nueva

generación de empernadores, pueden ser habilitados con barrido semihúmedo y

cabina cerrada presurizada con aire acondicionado cumpliendo estándares de calidad.

Es un equipo habilitado para perno de 2,40 m con perforación de barra de 9 pies y bit

de 38 milímetros. También, está apto para la instalación de perno helicoidal; con

sistema de lanzado de cartuchos y mecanismo de malla biscocho.

Asimismo, está el equipo Thom–Katt que consiste en una bomba de concreto operada

hidráulica y eléctricamente, diseñada para bombear concreto húmedo a través de un

sistema de suministro por tuberías o mangueras. Oscar Díaz, gerente de operaciones

de Antolin Cisternas, cuenta que puede ser montada sobre remolque o camión y es de

construcción robusta y durable que permite la unidad bombear las más difíciles

mezclas dentro de las especificaciones y los rangos publicados. La operación normal es

controlada por el panel de control convenientemente localizado en la unidad. Un

control remoto versátil de 3 funciones para arranque, parada y reversa permitiría que

la unidad pueda ser controlada desde 30 m de distancia.

Por otro lado, se encuentra Boltec EC equipo fortificador de roca (para estabilizar la

masa rocosa en minas de interior y en la excavación de túneles) mecanizada para

longitudes de bulón de 1,5 a 6 metros y alturas de techo de hasta 13 metros.

Asimismo, está equipada con el sistema de control RCS de Atlas Copco para

posicionamiento, perforación y bulonado. Incorpora el martillo hidráulico COP 1132 o

COP 1435, diseñados para este proceso de fortificación. Igualmente, cuenta con un

chasis articulado electrónico con tracción a las cuatro ruedas y plataforma integrada

para un brazo de manejo de pantalla.

Otro equipo es el Roboshot Normet Alpha 20, que se utiliza para la inyección de

shotcrete y bombeo de hormigón. Asimismo, permite mezclar el hormigón con los

diferentes aditivos para el shotcrete según lo requiera el proyecto, los cuales, entre

otras cosas, mejoran su adherencia y aceleran su fraguado. Alcanza alturas de

inyección de aproximadamente de  9 m, su brazo tiene un rango de giro cercano a

270° y posee un estanque de almacenamiento de 400 litros. Según Esteban Aste,

gerente de operaciones de Tromax, la maquina tiene una capacidad máxima teórica es

de 25 litros/minuto, “pero su rendimiento real dependerá de la logística de suministro

del hormigón durante la operación”. Su diseño le consiente trabajar en superficie para

fortificación de taludes y también en túneles y piques subterráneos.

Finalmente, el mercado también cuenta con la perforadora hidráulica JUNJIN JD800E, la

cual permite perforar en pequeño y mediano diámetro desde 38 mm hasta 102 mm y

alcanza profundidades de perforación de hasta 20 m. Aste afirma que “los diámetros

menores son ideales para la perforación de pozos realizada durante la instalación de

pernos de anclaje”. También, es posible utilizarlo para la instalación de pernos

autoperforantes. Su peso (11.900 Kg) le admite ser izado con grúas para acceder a

piques y lugares difíciles para realizar sus tareas de perforación. Su funcionamiento es

en base a combustible diésel.

Resinas

Los cartuchos para anclajes P 610 de IVS son formulados en base a una mezcla de

resinas de poliéster, cargas y adiciones, que le confieren propiedades mecánicas. Su

catalizador en estado sólido, permite una adecuada homogenización. La utilización de

este sistema depende del tipo de cartucho, lo que consiente obtener entre 4 a 20

minutos, resistencias al arrancamiento del perno superiores a 9,8 toneladas para

longitudes de anclaje superiores o iguales  a 1 m, gracias a que se produce un

confinamiento radial del material.

La Tecnología de Anclaje en Roca Mantiene

Faenas Mineras Seguras Imprimir

 

Correo electrónico  Publicado: Viernes, 07 Enero 2011 19:38

 Escrito por Equipo Minero

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Services5

Los operadores pueden elegir a partir de una mayor variedad de opciones y

equipos de apernamiento ahora más que nunca—el desafío es identificar la mejor

solución para las condiciones locales de la roca

Por Simon Walker, Editor en Europa

En Mayo, E&MJ analizó de cerca la tecnología de hormigón proyectado, que se está

viviendo cada vez más un medio preferido de entibado de terreno en situaciones

apropiadas. Sin embargo, el hormigón proyectado rara vez se usa solo.

Especialmente donde se necesita un soporte de largo plazos, con pernos para roca

normalmente formando una parte integral de un paquete de control de terreno.

Como con el hormigón proyectado, la tecnología de anclaje en roca ha

evolucionado con los años, con pernos de anclaje de punto estándar siendo

superados por sistemas más sofisticados y duraderos. Eso no significa,

ciertamente, que no quede lugar para el sencillo sistema casco-mecánico: lejos de

eso, con su ventaja de una fácil instalación y bajo costo a menudo pesando más

que sus desventajas donde los condiciones de la roca son  las apropiadas.

Igualmente, los pernos simples unidos con resina, con hilo, tienen sus propios usos

específicos, especialmente donde la necesidad de soporte es a corto plazo, como

en una cámara abierta.

Sin embargo, el principio fundamental detrás del anclaje en roca sigue siendo el

mismo. El concepto de reforzar la masa rocosa para que se mantenga unida por sí

misma es válido ahora tal como lo fue cuando debutó el anclaje en roca, en la

década de 1980. Algunas fuentes dan crédito a la idea de que usar pasadores

metálicos asegurados con cuñas para reforzar las masas rocosas como en los

tiempos de los Romanos, aunque es difícil asociar esto con la tecnología de

perforación disponible entonces. Es casi seguro que las minas de carbón en Silesia

(ahora en el sur de Polonia pero en aquel entonces territorio Germano) hayan

usado el anclaje en roca, como se informó en un artículo presentado en 1918.

En los Estado Unidos, las minas de carbón vieron rápidamente las ventajas de la

roca auto-soportada sobre vigas pasivas y arcos de acero, mientras que el sector

de la roca dura parece haber sido más lento en su aplicación. Uno de los primeros

principales usuarios del concepto en los EEUU fue la innovadora St. Joe en la región

de Lead Bel, Missourit; el anclaje en roca se usó en algunas de sus operaciones

durante la década de los ‘20s y los ‘30s, con W. W. Weigel informando sobre la

puesta en práctica y el éxito de crear vigas auto-soportantes sobre el transporte

terrestre en un artículo emblemático publicado en la edición de Mayo de 1943 de

E&MJ.1

Incluso ya en los ’50, la minería en roca dura de los EEUU seguía reticente a

abandonar su tradicional viga de madera por pasadores de acero delgado. En un

trabajo presentado en el segundo simposio Norteamericano de mecánica de rocas

en Abril de 1957,2 Howard Schmuck de Colorado Fuel and Iron Corp. indicó que de

los 3 millones de pernos instalados cada mes en las minas de los EEUU, sólo

alrededor del 3% se estaban usando en un sector que no fuera el carbón.

“El anclaje en roca en minas metálicas no ha tomado el control hasta el punto que

lo ha hecho en las minas de carbón, pero en los últimos cuatro años su uso en

estas minas ha aumentado muy rápidamente, hasta hoy en día en que se usan seis

veces más pernos por mes que a principios de 1953,” dijo Schmuck.

“Originalmente, la mayor parte del anclaje en roca en minas metálicas se hacía en

galerías de trazado y caminos de acarreo, pero su uso en construcción de cámaras

subterráneas ahora está ganando terreno rápidamente.”

Y ese fue sólo el comienzo de ello. Hoy, sería difícil encontrar una mina

subterránea donde el anclaje en roca no sea la norma; excepto en situaciones

puntuales, el enmaderamiento es historia en la mayoría de los casos. 

Avances de la Tecnología de los Pernos

Como diría cualquier libro de texto, existen esencialmente tres diferentes tipos de

pernos para roca disponibles: mecánicos, cementados y de fricción. Cada uno tiene

sus ventajas y desventajas en términos de capacidades técnicas y durabilidad, así

como implicaciones de costos. A fin de proporcionar un marco de antecedentes, lo

siguiente es una breve descripción de cada sistema.

Mecánico—El primero, y por consiguiente el más simple, de los sistemas que se

comenzó a usar ampliamente. Los pernos de ranura y cuña vinieron fueron

reemplazados por  pernos con cabeza de expansión. La gran ventaja de los pernos

mecánicos era su velocidad de instalación en un momento en que los sistemas de

soporte pasivo aún eran ampliamente usados; perforar el agujero, insertar el perno

y l aplaca de superficie, apretar la tuerca y eso era todo. El fraguado con

materiales basados en cemento podría usarse como un medio secundario para

proteger el acero del perno de la corrosión y aumentar la longitud de enlace. Sin

embargo, esta simplicidad llegó a costa de la integridad, especialmente cuando la

masa rocosa que se apernaba era propensa a astillarse. Todos habrán visto esta

situación cuando salta a la vista el exceso de pernos que no dan soporte alguno

porque la roca que porta la placa se ha enflaquecido. 

Fraguado—Reconociendo que el anclaje por puntos tuvo esta importante

desventaja, el concepto de fraguar completamente el perno dentro del agujero

entró al ruedo en los ‘60s. El uso inicial fue específico para proyectos,

principalmente debido a la cantidad de tiempo requerida para que el fraguado de

cemento se endurezca y se cure lo suficiente para la tensión que se le aplicará al

perno. La solución, que ganó en popularidad diez años después, fue la resina, que

se curaba más rápido y era más simple de manejar pero era más cara. Las resinas

inyectables en la masa fueron reemplazadas por productos encapsulados, con

resinas de diferentes tiempos de curado siendo usadas para anclar el perno en el

agujero y brindar adherencia acero-a-roca a lo largo de lo que queda de la longitud

del perno.

Fricción—Tipificados por los sistemas Split Set y Swellex, los pernos de fricción se

basan en el contacto en toda su longitud entre el perno y la roca para brindar el

soporte requerido. La principal ventaja de ambos tipos es su fácil instalación,

usándose el taladro para forzar que tubo Split Set quede en su lugar mientras

Swellex se basa en agua a alta presión para expandir su tubo de acero contra los

lados del agujero.

Establecer cual sistema es más adecuado para una operación en particular

depende en gran medida de parámetros locales. La ubicación (pared lateral de

acarreo o parte posterior de la bancada, por ejemplo), la capacidad de la masa de

roca en el lugar, la presencia de empalme o laminación claramente definidos, y la

cantidad de tiempo para la cual se requiere soporte activo son factores que deben

considerarse. La economía también jugará un papel aquí, ya que no tiene sentido

invertir en una opción de alto costo y largo plazo si sólo se necesita una solución

de corto plazo. Se sobrentiende que lo contrario también es verdad: un soporte

inicial inadecuado puede ocasionar altos costos de largo plazo.

Quizás los avances recientes más importantes en la tecnología de pernos han sido

los sistemas que pueden ser reconocidos y compensados por repentinos

movimientos de la masa rocosa tales como los estallidos de roca. Rockex de Atlas

Copco es uno de tales, mientras desde Australia, el diseño Dynamic de Garford de

perno flexible está dirigido a un mercado similar. Estos son, por supuesto,

diseñados para un segmento muy específico del mercado, donde las tensiones de

la masa rocosa y los patrones tensión-alivio son tales que la deformación

controlada del perno puede proporcionar un mecanismo de seguridad y un soporte

activo continuo incluso después de liberar la tensión.

Diseño del Sistema

Desde sus primeros días, el diseño del soporte para techos basado en anclaje en

roca a menudo se apoyó en normas generales que habían resultado satisfactorias

en ciertas situaciones. Ejemplos típicos podrían incluir:

•    La regla del túnel Mont Blanc, que establece que la longitud de un perno para

roca debiera ser un-medio a untercio de la anchura de la galería;

•    La regla de Bieniawski de que la relación perno-longitud a perno-espaciamiento

es aceptable entre 1.2:1 y 1.5:1 en minería; y

•    La conclusión de que un perno mecánico para roca instalado 30° fuera del

encuadre de la cara de la roca puede entregar solamente un 25% de la tensión de

soporte producida por un perno comparable taladrado directo en la roca, a menos

que se use una golilla esférica.

Sin embargo, aunque reglas como estas pudieron haber sido adecuadas en el

pasado, el entendimiento de cómo reaccionan las masas rocosas durante la

extracción ha implicado que los sistemas de soporte puedan diseñarse de manera

mucho más específica. En una ponencia presentada en la conferencia AIMS 2008,3

J. Ran y R. Sharon describieron cómo Barrick Gold diseña el soporte de anclaje en

sus faenas subterráneas.

Desde el 2005, cada una de las minas subterráneas de la compañía ha tenido un

plan de manejo de control de terreno implementado, ellos dijeron, indicando que la

“instalación de elementos de entibado de terreno, y/o sistemas de soporte, es un

componente importante del control de terreno y debiera manejarse eficazmente de

una forma sistemática e integral. Este plan cubre todos los aspectos geotécnicos

incluyendo recolección de datos, diseño de entibado de terreno, normas,

procedimientos, programas de control de calidad, capacitación y temas de diseño

de la mina.”

Analizando los tipos de entibado de terreno usados en las minas de Barrick, los

criterios de selección deben considerar lo siguiente:

•    Condiciones de la demanda, tales como requerimientos de diferentes

excavaciones y condiciones ambientales esperadas, incluyendo cambio

significativo de tensión inducido por la extracción, o corrosión excesiva;

•    Características de rendimiento de elementos de soporte tales como rigidez,

solidez, resistencia a la corrosión y susceptibilidad a repetidos niveles altos de

vibración; y

•    Factores operacionales, incluyendo habilidades del personal, equipos

disponibles, compatibilidad y mantención de equipos, y oferta local de productos

de soporte.”

Puesto de otra forma, no hay una enfoque de metodología para todos en el diseño

de soporte con perno para roca. Cada faena tiene que ser considerada

individualmente, de tal forma que la compañía utiliza una amplia variedad de tipos

de pernos a lo largo de sus minas, y a veces dentro de minas especificas, según lo

requieran las condiciones. Por ejemplo, los pernos de barras de barras de refuerzo

fraguados con resina comúnmente los usan en sus minas Norteamericanas, pero

con menos frecuencia en Australia, donde se prefiere usar pernos de fricción. En

algunas de sus minas en Australia también fraguan sus pernos de fricción para

aumentar la resistencia de sujeción, y una de ellas instala pernos Garford Dynamic

para ayudar a controlar los efectos de la sismicidad de la masa rocosa.

Las minas Norteamericanas de Barrick también son grandes usuarios de Swellex,

usando pernos Swellex revestidos en plástico en sus operaciones en Nevada,

donde la corrosión es un problema. El anclaje con cables cementado es

ampliamente usado en intersecciones y para soportar aberturas amplias.

Ran y Sharon indicaron que “metodologías tradicionales de diseño se han aplicado

con éxito en operaciones que son relativamente simples y experimentan buenas

condiciones de suelo. La metodología de clasificación de la masa rocosa h asido

ampliamente utilizada para diseño de entibado en diferentes condiciones de

terreno, pero tiene limitaciones en su validación cuando las condiciones se tornan

cada vez más difíciles. Modelos numéricos sofisticados pueden brindar una guía

extra para controlar perfiles complejos de excavación en un masa rocosa

estructuralmente compleja y/o de mala calidad, pero estos requieren un alto grado

de habilidad y experiencia para entregar resultados confiables.

“Avances hechos en la práctica de la mecánica de rocas han llevado a

mejoramientos en los principios y en la metodología para diseñar y seleccionar

entibado. Sin embargo, cada faena tiene un ambiente minero único, y la respuesta

del terreno al entibado es compleja y a menudo no totalmente comprendida. Como

resultado, la aplicación de entibado en el terreno varía a través de una amplia

gama, y el diseño y selección del entibado en gran medida siguen basándose en la

experiencia,” dijeron.

Sistemas Especializados

Las minas explotadas en ambientes de roca con alto nivel de solicitación presentan

desafíos particulares en términos de sus necesidades de entibado. Los estallidos

de roca no son solamente un fenómeno de las profundidades de la mina, sino que

reflejan el régimen local de tensión de las rocas. Ser capaz de mantener un nivel

de soporte luego de una liberación de alta energía significa que la infraestructura

de la mina puede sufrir menos daños, como también reducir la cantidad de trabajo

de reparación que será necesario.

El sistema Roofex de Atlas Copco, lanzado a fines del 2008, está diseñado para

brindar soporte en nuevas excavaciones subterráneas profundas en roca de mala

calidad o en áreas propensas a eventos sísmicos. El perno Roofex consta de una

barra de acero dentro de una funda plástica lisa que es fijado dentro del agujero

con cemento o lechada de resina. Un amortiguador de energía permite que el

perno se extienda hacia afuera bajo carga, mientras mantiene su capacidad de

carga, permitiéndole así amortiguar los desplazamientos repentinos y la

deformación plástica gradual dentro de la masa rocosa que está siendo entibada.

La capacidad de desplazamiento puede ser pre-seleccionada durante la

fabricación, acota Atlas Copco, así los pernos pueden ser diseñados para

ambientes de tensión específicos.

Desde Australia, el perno sólido Dynamic de Garford también presenta capacidad

de absorción de energía. El sistema es suministrado como un perno sólido con un

dispositivo dinámico, tubo de polietileno, dispositivo mezclador de resina, tuerca

de pasador de sujeción y bola de domo incluido. Si ocurre un evento sísmico, el

perno puede moverse a través del dispositivo dinámico, permitiéndole absorber la

energía y permanecer intacto. El manguito de polietileno permite al perno

deslizarse a través del dispositivo dinámico, lo cual, como es mecánico, significa

que la absorción de energía puede repetirse si se acumula tensión otra vez.

En una ponencia presentada en la Décima Conferencia de Operadores

Subterráneos sostenida en  Tasmania el 2008, R. Varden et al describió el uso del

perno Dynamic de Garford en la mina de oro Kanowna Belle en Australia

Occidental.4 De propiedad de Barrick Gold desde que absorbió a Placer Dome en el

2006, Kanowna Belle es una operación profunda de galerías abiertas situada

dentro de un ambiente de alto nivel de tensión.  

El creciente riesgo de sismicidad mientras la mina se vuelve más profunda dio

lugar a una evaluación de sistemas alternativos de soporte que puedan manejar

eventos de pérdida de tensión mejor que los métodos perno-fricción que habían

sido usados anteriormente. La selección del perno Garford unido con resina se

basó en una serie de factores, incluyendo su compatibilidad con los equipos de

perforación-explotación existentes, lo que significó que la misma configuración

podría usarse tanto para perforación de superficie como para soporte.

El sistema se probó en las instalaciones de pruebas dinámicas de la Western

Australian School of Mines, donde posteriormente se presentó al perno Garford

como parte del método inicial de soporte para explotación. No fue exitoso en todas

las situaciones, informó el autor, pues se encontraron problemas al intentar

instalar los pernos en suelo que ya había sido fracturado por actividad sísmica

anterior. No obstante, concluyeron, “Kanowna Belle ha implementado

exitosamente un sistema de soporte bien probado, de un paso y dinámicamente

capaz como parte de el ciclo de explotación en la mina.”

Ciertamente, el anclaje en roca no es solamente acerca del acero y de cómo

repararlo. Perforar el agujero es una parte crítica de la operación, una parte que

puede tener una implicación significativa en el costo total de instalación de pernos

si el equipamiento prueba ser inapropiado para las condiciones de la roca.

Brady Mining, con sede en Utah, EEUU, ofrece una solución, al menos para

operaciones donde se transporte piedra caliza, pizarra, potasa, sal gema o rocas

sedimentarias similares. La compañía afirma que sus fresas de broca de diamante

policristalino (PDC), diseñadas específicamente trabajos de anclaje en roca,

pueden perforar hasta 300 veces más tiempo que las brocas convencionales de

punta de carburo de tungsteno, al mismo tiempo que reducen sustancialmente la

generación de polvo y los niveles de ruido.

El director gerente de la compañía, Russ Myers, explicó a E&MJ cómo sus brocas

PCD difieren de las brocas de carburo de tungsteno en operación. “La rotación

despunta rápidamente una broca de carburo-tungsteno, así que con el tiempo se

tiene que usar más energía para forzar los barrenos de perforación en el agujero,”

dijo. “PCD es diferente en que la broca se mantiene afilado por mucho más tiempo;

cuando la capa exterior de cristales se desgasta, aparecen nuevos cristales

afilados debajo de ellos.”

Reconociendo que el carbón sigue siendo el principal mercado de Brady, Myers

agregó que la compañía está ampliando su oferta para minas que trabajan en otros

tipos estratificados de yacimientos. “Hemos eliminado la perforación por percusión

para el anclaje en roca en las operaciones de piedra caliza en los EEUU, y

actualmente estamos probando nuestra tecnología de brocas en la minería

metálica Europea,” dijo.

Brady afirma que la perforación giratoria con sus brocas PCD ofrece importantes

ventajas por sobre el uso de brocas convencionales en términos de productividad,

en aplicaciones de perforación tanto seca como húmeda. Se necesitan menos

cambios de broca, a la vez que se reducen las necesidades de mantención de la

perforadora y se prolonga la vida del barreno de perforación.

Historias Recientes de Éxito

La empresa Polaca Mine Master produce una línea de cuatro modelos de equipos

de anclaje en roca, que han sido diseñados en conjunto con el especialista

americano en este campo, J.H. Fletcher. El año pasado Mine Master informó que se

había adjudicado un contrato adicional de unos productores de esquisto

bituminoso de Estonia, llevado un total de seis de sus equipos Roof Master 1.7 a

trabajar en ese país.

Mine Master afirma que las máquinas que trabajan en entradas de 2.6–2.7-m de

alto bajo condiciones techo altamente variables, han estado instalando alrededor

de 100 pernos de 2,2 m de largo por turno. La compañía también informó haber

ganado un segundo pedido de parte de la faena aurífera Altynken en Kyrgyzstan

por un equipo Roof Master 1.7, que está equipado con una pluma telescópica

Fletcher y un taladro para trabajo pesado.

Fletcher, reconocido hace tiempo por su experticia en equipos de anclaje en roca

para la industria del carbón, se expandió a los sectores mineral-industrial y de roca

dura a principios de la década del 2000. Hoy en día, la compañía produce dos

series de equipos de anclaje en roca que apuntan a este mercado: la Serie 3000,

en que todas las operaciones de perforación e inserción de pernos se hace

remotamente desde la cabina del operador; y la Serie 3100, que tiene una estación

de cestos para que el operador instale la resina y los pernos una vez que los

agujeros hayan sido perforados remotamente.

Ambas series tienen capacidad de alta elevación, con la 3000 diseñada para

operar en alturas de abertura de hasta 35 ft (10,7 m) mientras la 3140 puede

alcanzar incluso más arriba—hasta 40 ft (12,2 m). La serie 3100 también está

equipada de forma que el operador pueda hacer avanzar poco a poco la máquina

de posición en posición desde el cesto, sin tener que volver a la cabina principal.    

Desde Sudáfrica, Sandvik informó el año pasado que el contratista Murray y

Roberts Cementation había estado usando exitosamente uno de sus equipos

DS310 de anclaje en roca para instalar soporte durante el trabajo de explotación

de la faena Hotazel Manganese Mines en la provincia Septentrional del Cabo. El

proyecto incluyó perforar tres túneles a través de una sección intervenida de la

mina Wessels para acceder a nuevas reservas subterráneas.

Antiguamente designado como Robolt 5-126 XL, el DS310 es un apernador de roca

modular compacto, operado por una persona, diseñado para instalar todos los

tipos más comunes de pernos para roca en frentes de avance pequeños y

medianos, dijo Sandvik. Las condiciones de la roca en Wessels son particularmente

severas, y cuyos estratos del techo consisten en mineral de hierro bandeado.

Aunque la duración de sus brocas se vio reducida significativamente a

consecuencia de esto, la máquina estuvo instalando un promedio de 60 pernos de

5m de largo por turno, indicó la compañía, arrojando un 95% de disponibilidad y un

81% de utilización.

Aunque no son propensos a estallidos de roca, los depósitos con evaporita masiva

tales como los de sal y potasa presentan otros problemas de estabilidad de su

masa rocosa, tales como la fluencia y la convergencia en el largo plazo. Atlas

Copco probó sus sistema Roofex en la mina de potasa  Vilafruns de Iberpotash en

España bajo estas condiciones, y fue capaz de mostrar que podía manejar

problemas de fluencia gradual que los pernos para roca convencionales eran

incapaces de tolerar.

Trabajando a una profundidad de entre 600 y 900 m, Vilafruns es una faena de

cámaras y pilares de extracción continua que produce cámaras de 7–8 m de ancho

y hasta 5,5 m de alto. Las pruebas con Roofex comenzaron el 2007, con Atlas

Copco informando el año siguiente que, mientras que los pernos de resina

convencional fueron apretados en exceso por los movimientos de convergencia de

50–60 mm durante cuatro a seis semanas, los pernos Roofex eran capaces de

ajustarse a estos movimientos de roca y continuaron brindando soporte.

Velocidad y Seguridad

Como la velocidad es la clave económica para instalar soporte de techos en las

minas mecanizadas de hoy en día, la clara tendencia es hacia reducir el número de

operaciones separadas que se necesitan. En este contexto, los pernos de fricción

tienen una clara ventaja, puesto que la misma máquina se usa para perforar el

agujero y empujar el perno a su posición final. Por el contrario, los cables o pernos

fraguados con cemento involucran un proceso de instalación mucho más complejo.

Los pernos unidos con resina ofrecen un punto intermedio, pero cápsulas de resina

deben ser instaladas en la secuencia correcta y mezcladas cuidadosamente para

que el pernos sea totalmente efectivo. Curiosamente, en su presentación en AIMS,

Ran y Sharon indicaron que, debido a los problemas para encontrar la mezcla

adecuada de cartuchos de resina, ha habido un renovado interés en el uso de

resina bombeable.

No es de extrañar, entonces, que los principales fabricantes de equipos de anclaje

en el mundo se hayan enfocado en desarrollar máquinas que puedan minimizar el

número de etapas de instalación para un sistema de anclaje dado.  En este

contexto, la minería de roca dura presenta diferentes desafíos para el sector del

carbón, cuando menos en términos de alturas normales de operación para instalar

soporte de techos.

La tecnología de anclaje en roca ha recorrido un largo camino. Los operadores

tienen una mayor gama de opciones disponibles. Lo que importa por sobre todo es

que el sistema seleccionado haga el trabajo para el que fue hecho: brindar

seguridad en el largo plazo a la operación y a las personas que trabajan debajo.

Referencias

1.    Weigel, W.W., “Channel Irons for Roof Control,” E&MJ; 144 (5); May 1943.

2.    Schmuck, H. K., “Theory And Practice Of Rock Bolting,” 2nd U.S.  Symposium

on Rock Mechanics, April 21–24, 1957, Golden, Colorado.

3.    Ran, J. and Sharon, R., “Underground Support Applications at Barrick Gold,”

6th International Symposium on Rock    bolting in Mining and Injection Tech  

nology and Roadway Support Systems, May 14–15, 2008, Aachen, Germany.

4.    Varden, R., et al, “Development and Implementation of the Garford Dynamic

Bolt at the Kanowna Belle Mine,” 10th Underground Operators’ Conference, April

14–16, 2008, Launceston, Tas    mania, Australia.

Pernos de Anclaje para la Minería

Multimetall, empresa líder en Innovación e Ingeniería presenta su oferta de Pernos de Anclaje Excalibur® para la Minería.Estos pernos están diseñados para aplicaciones en túneles, obras viales, barreras de contención, alsa primas, letreros, barandas. Además, recibieron el premio a la innovación empresarial, otorgado por la Reina de Inglaterra el año 2009.

Los pernos de anclaje Excalibur® son los más resistentes del mundo y están construidos de un acero al boro de alta dureza. Estos pernos al ser expuestos a vibraciones destacan sus propiedades mecánicas que los hacen únicos.

Su dureza es tal que permite que al encontrarse con una barra de refuerzo en un hormigón armado éste generará una rosca en la misma. Estos pernos remplazan a los sistemas convencionales de anclaje, tales como los pernos de expansión, químicos, etc., convirtiéndose en una solución para los diversos problemas que surgen en el tema de fijaciones. Igualmente, reducen el tiempo de instalación y garantizan un anclaje total.

“En Multimetall entregamos productos diseñados para los requerimientos del cliente, los que cumplen con los más altos estándares de calidad, estos pernos son un gran ejemplo de la rigurosidad con que realizamos todos nuestros productos”. Mencionó Aldo Bril, Gerente General de Multimetall.

Las dimensiones y propiedades de este producto cumplen con las normas ISO y BS. Con un rango de 4 a 20 mm de diámetro y en una variedad de tipos de cabezas y longitudes que alcanzan los 300 mm. de largo. Se adaptan a diferentes tipos de herramientas, ya sean eléctricas, manuales o neumáticas.

De esta manera, Multimetall brinda productos de alta calidad para el sector Minero, que innovan y garantizan la satisfacción de los clientes, porque se adaptan concretamente a sus requerimientos.

 

Sostenimiento de las labores minerasEnviado por jheron nieto rojas

Partes: 1, 2

1. Objeto del sostenimiento 2. Clases de terrenos 3. Principios fundamentales 4. Materiales utilizados en el sostenimiento 5. Tipos de cuadros 6. Elementos principales de un cuadro de avance en galería y/0 cruceros 7. Elementos auxiliares de un cuadro de avance en galería y /o crucero 8. Sostenimiento con pernos de anclaje 9. Sostenimiento de Excavaciones Subterráneas

Objeto del sostenimiento

Tiene por objeto mantener abierto ciertos espacios de la mina y crear ambientes de condiciones seguras que protejan a los mineros en sus diferentes actividades .Toda fortificación esta relacionada con el tipo de terreno dentro del cual se realizan los trabajos . Por esta razón antes de hacer el estudio de las diferentes métodos de fortificación veremos a grosso modo las clases de terrenos que mas resaltan por sus características estructurales .

Sostenimiento con pernos de anclaje

Son infraestructura de sostenimiento que tiene por objeto aumentar la competencia de la roca alrededor de una excavación se caracteriza fundamentalmente porque amarra entre sí estratos Incompetentes para formar una viga monolítica , evitan el deslizamiento de planchones o bancos que se encuentran fracturados en el techo de un Tajeo y suspenden a las capas débiles de las mas resistentes que se hallan encima ., en Minería metálica Subterráneas empleado para el sostenimiento de galerías de cortadas y de caja techo , anclaje de elementos auxiliares (Líneas eléctricas , monorrieles , soportes de encofrados , y andamios ,fijación de maquinarias , fijación de estructura metálica etc )

ELEMENTOS DE UN PERNO DE ANCLAJE.a.- DISPOSITIVO DE ANCLAJEEs aquel que permite la adherencia del sistema de empernado con las paredes del taladro .Según su naturaleza pueden estar dados por :Horquillas de extensión , Cuñas en Vástago bifurcados , resinas , morteros de arena , y cemento u otros medios químicos de adherencia .b.- VASTAGO o VARILLAEs la parte del perno que soporta las cargas tensiones y que de acuerdo a su naturaleza pueden estar dados por varillas de fierro corrugado o no corrugado , cable de fibra de vidrio , cable de acero o espigas de madera u otros materiales .c.- ARANDELA .-es la plancha de sujeción sobre el, cual se ajusta la tuerca puede estar dado por planchas de acero madera u otro materiald.- TUERCA .-Elemento de amarre tensional , Existen varios tipos de pernos entre los cuales podemos citar :Pernos de roca mecánicos , pernos de roca anclado con explosivos, pernos de roca con resina, pernos sementados , pernos con resina bombeada , pernos de roca de madera etc.TIPOS DE PERNOS DE ANCLAJEEn la actualidad existen varios tipos de pernos de anclaje en lo que respecta al perno sementado este perno es de fiero corrugado de ¾ " ( por 6 pies de largo con placas y tuerca exterior del mismo materialEtapas constructivas para la colocación de un perno de anclaje se detalla lo siguiente :1.- Desquinche de la zona donde se va a colocar el perno2.- Ubicación y marca de los puntos a perforar3.- Perforación de los taladros con barrenos nuevos , que generalmente son hechos con maquinas Jackles montada sobre plataforma de andamio4.- Sopleteado de los Taladros .5.- Preparación y colocación de l mortero6.- Colocación del perno con ayuda del equipo hidráulico.7.- Ensamblaje del perno8.- protección de la cabeza contra la corrosiónVentajas y desventajasVentajasColocación y manejo sencilloCapacidad de carga inmediataSon especiales cuando se trata de roca dura

DesventajasPeligro de oxidación prematura cundo se trata de zonas con alto contenido de humedad (aguas sulfuradas)Peligro de desprendimiento de roca cuando no esta bien compactado .Alto costo por consumo de barrenos .Perdida de tiempo en el ciclo productivo

Sostenimiento de Excavaciones Subterráneas

Se Entiende por sostenimiento al conjunto de Procedimientos que permiten mantener las cavidades que se forman como resultado de la explotación de los recursos Minerales y mantener seguro durante el tiempo que se desee.Mediante el sostenimiento vamos a restablecer el equilibrio del macizo rocoso con la finalidad de garantizar la estabilidad del mismo mediante1.- Refuerzo (Empernado)2.- Revestimiento (Shotcrete )3 .-Soporte (Madera)4.- Relleno (Relleno).REFUERZOFunciones de los Pernos Para RocaResistencia a la TracciónLa función principal de todos los pernos para roca es de resistir el movimiento o el disloque del terreno . En general, en la roca dura , este disloque es el resultado de rajaduras por las fallas y fracturas . Estas Fracturas y estratos se abren con el tiempo debido a la presión vertical o Horizontal in Situ , por el efecto de la gravedad en los bloques y el efecto de las variaciones de temperatura y humedad de la roca masiva .PernoPerforaciónFracturaSelección e Instalación de los Pernos de RocaLa Selección y el método de instalación de un parno para roca depende de lo siguiente :El tipo de la rocaEl tamaño y la dirección del movimiento principalY la Duración Planeada para la Abertura.Desde el punto de vista de la función de un perno para rocas , se establece la clasificación de los elementos de soporte , tales como la " Fortificación Activa " y la "Fortificación Pasiva"Fortificación de Corto Tiempo .- se instalan inmediatamente después del disparo(detonación) del frente , sostenimiento de aberturas del corto tiempo , pernos de anclaje s estabilizadores de fricción .Fortificación definitiva.- Los cables de acero y las barras corrugadas con resina o cementado deben instalarse para asegurar la estabilidad del diseño minero y sus singularidades para toda la vida útil del proyecto . Además , debe permitir extraer la tasa de producción programadaATipos de Terrenos : A . Masivo , duro B. Laminado C. FracturadoConsideración Significativas En La Selección De Un Perno De Rocaa.- El Peso máximo de os bloques del lugarb.- Proximidad de las fallasc.- dislocación o desplazamiento totalanticipadod.- velocidad del desplazamiento anticipadoe.- tamaño y dirección de las fuerzas (presiones) in situ.PERNOS DE ANCLAJEANCLAJE PUNTUAL .- ANCLAJE REPARTIDO 

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