sostenimiento con pernos

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MECANICA DE ROCAS APLICADA A LA MINERIA

Introduccin: El empernado es una tcnica de sostenimiento que, es esencia, consiste en anclar en el interior de las rocas una barra de material resistente que aporta una resistencia a traccin y, confinando al macizo rocoso, permite aprovechar las caractersticas resistentes propias de las rocas facilitando as su sostenimiento. La primera aplicacin del bulonaje, como tcnica de sostenimiento en minera. Se produjo a principios del siglo en los estados unidos de Amrica y fue en la St Joseph Lead Compaa, mina metlica situada en las cercanas del Missouri. En la actualidad las aplicaciones del bulonaje en la obra civil son muy variadas, tanto en el exterior como en subterrneo, y en los ltimos aos se han producido desarrollos muy importantes, tanto conceptuales como tecnolgicos, que han hecho del bulonaje una tcnica indispensables para el sostenimiento de las excavaciones subterrneas como son los pernos Swellex y los Split set.En general, los pernos Swellex fortalecer la masa de roca a travs de una combinacin de la friccin y el enclavamiento mecnico en la interface roca-perno. El mecanismo de anclaje del perno Swellex es en realidad diferente en rocas duras y blandas. En el rock duro, la tensin de contacto secundaria, inducida por el bloqueo mecnico de las asperezas en la pared del pozo, juega un papel importante en el anclaje, mientras que la tensin de contacto primario, creado por la expansin del perno no contribuye mucho. Sin embargo, en rocas blandas, es la friccin, y por lo tanto la tensin de

contacto principal, que determina la capacidad de anclaje del perno. Los Split set desde que fueron puestos en el mercado desde la dcada de los 70 y 80s en la cual se usaba de manera masiva madera para el armado de cuadros de madera y/o puntales a la fecha la tecnologa del sostenimiento ha cambiado drsticamente. Actualmente el perno estabilizador de friccin Split Set se ha convertido en el sostenimiento ms usado en las operaciones mineras. Sin embargo, existe mucha desinformacin al mismo de parte de nuestros colaboradores, razn por la cual he compilado valiosa informacin a lo largo de mi carrera profesional y de muchas personas que han apoyado al mismo. Objetivo de la presente gua: Difundir la correcta instalacin del perno Split set. Determinar en qu calidades de macizo rocoso.

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Concepto del trabajo de los pernos. Inicialmente los pernos estn asociados a suspender un nivel rocoso, poco competente, de otro ms resistente, adems de ejercer un papel de suspensin de rocas sueltas poda ejercer un cierto papel de consolidar terrenos descomprimidos, tal como se ilustra en la fig.1. Figura1. Principio de accin de un perno; 1. Cabeza de un anclaje, 2. Barra, 3. Extremo roscado, 4. Placa de reparto, 5. Tuerca de apretamiento, 6. Zona de terreno resistente, 7. Terreno descomprimido a soportar o consolidad.

Anclajes de bloques. El concepto de anclaje de bloques se deriva directamente del planteamiento inicial del perno y se basa en que cada perno debe estar anclado, a lo largo de una longitud suficiente para agotar la carga axial que la barra del perno puede soportar, y su densidad, expresada por el numero de pernos por cada m2 de superficie de roca a sostener, debe ser suficiente para equilibrar el peso de la roca que debe ser suspendida. En la figura 2. Se presenta un esquema para calcular el bulonaje teniendo en cuenta su efecto de suspensin. El mximo peso que puede soportar un perno esta dado por la expresin: W= F.s.c.h. Siendo: F = coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3. S = espaciado transversal de los pernos. C = espaciado longitudinal de los pernos. H = espesor de los estratos de roca que deben ser anclados. = densidad de la roca. E modelo de la figura 2 tiene escasa utilidad ya que es poco frecuente que, en la prctica, se d una situacin como la contemplada por l.

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Ms habitual es el caso que se ilustra en la fig.3.A que corresponde al anclaje de un bloque de roca, en la hiptesis de que no exista cohesin en las juntas que individualizan el bloque y en el caso de que si se considere la fuerza resistente que genere la cohesin. Si no hay cohesin entre las juntas, el nmero de pernos que deber colocarse para sujetar un bloque estar dado por la expresin:

N=Donde: N= numero de pernos. W = peso del bloque de roca. F = coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3. B = fuerza vertical que es capaz de soportar un perno. En el caso del anclaje del bloque de roca ilustrado en la fig. 3.B, el numero de pernos que es necesario colocar estar definido por la expresin:

N=

( (

) )

En este caso: N = nmero de pernos, colocados con una inclinacin (). W = peso del bloque de roca. F = coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3. = Angulo de friccin en la superficie de la junta, de inclinacin . C = cohesin en la superficie de la junta de inclinacin . B = fuerza vertical que puede soportar un perno. A = longitud de la junta afectada por el deslizamiento. En las aplicaciones reales resulta mucho ms efectivo que aplicar estas expresiones, utilizar un programa de ordenador que permite realizar clculos, ms complejos y realistas, con mayor rapidez y eficiencia. Pernos en terrenos plastificados. El perno en terrenos plastificados es preciso hacer una distincin sobre su espesor en torno a la excavacin que se desea sostener. La mayor parte de las veces el espesor de lo terrenos que plastifican, como consecuencia del reajuste tensional que sigue a una excavacin, es inferior a 2 m. En estas circunstancias, que se ilustra en la Fig.5. Este puede ser considerado como un caso particular de la suspensin de un nivel rocoso a otro ms resistente que se ha tratado en el apartado anterior.

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Fig. 5 pernos en terrenos moderadamente plastificados. La carga que es capaz de admitir un perno est limitada por el valor de la fuerza axial que es capaz de soportar la barra del perno y por la fuerza de soportar de barra del perno y por la fuerza de adherencia que se genera entre la unin del perno con el terreno. La fuerza axial. FA, que puede soportar la barra del perno se calcula fcilmente por la expresin:

FA =

.A

Donde: D = dimetro del perno. A = resistencia especifica del acero. En los casos normales de construccin, con un lmite elstico de 500MPa, el lmite de rotura se alcanza para un valor aproximado de R = 500 MPa. En estas circunstancias un perno de 25 mm de dimetro soportara una fuerza a la rotura de unas 26.6 t. La fuerza de adherencia, FT, que se puede conseguir en un perno de anclaje repartido se calcula por la expresin:

Ft = .D.L.tDonde: D = dimetro del perno. L = longitud anclada del perno. t = adherencia del perno al terreno. Si admitimos que la interfaz buln-terreno tiene una cohesin c y un ngulo de rozamiento , la tensin tangencial, t, que podr generarse, admitiendo un comportamiento de MohrCoulomb, valdr:

t = c + .tgDonde ser la tensin circunferencial que se genera en el terreno tras la apertura de la excavacin, supuesto que los pernos estn colocados radialmente. Si el terreno al plastificar est en condiciones residuales, lo cual significa que ha tangencial que podr soportar el perno valdr:

t = .tgEsta expresin indica que en un terreno plastificado que ha perdido su cohesin se puede conseguir una adherencia perno-terreno, esto supone que, para agotar la capacidad de resistencia de la barra del perno, la longitud de anclaje tendr que ser mayor cuando el perno esta anclado en un terreno que plastifique intensamente. En la fig. 6 se ilustra el efecto de los pernos en un terreno intensamente plastificado, que se concreta en forma un arco de roca plastificado alrededor de la excavacin. Figura 6. Pernos en un terreno intensamente plastificado.

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En el momento actual, la mejor forma de calcular las cargas a las que estn sometidos los pernos de sostenimiento es mediante un anlisis tenso-deformacin mediante un modelo de elementos finitos. Para que los clculos se acerquen lo mximo posible a la realidad, es necesario que los programas de clculo incorporen elementos estructurales que puedan simular lo ms fielmente posible la interaccin entre el perno y el terreno. Figura 7. Rigidez tangencial y axial de un perno.

Para calcular la rigidez axial, ka, se puede utilizar la expresin:

Ka =Donde: Eb = modulo de elasticidad de la barra de acero del perno. D = dimetro del perno. L = longitud del perno. Por otro lado, la rigidez tangencial kb puede obtenerse mediante ensayos a traccin in situ sobre pernos cortos, tal como se indica en el epgrafe 4.4.1.2 ya que se cumple que :

FT = kb.Ua.LDonde: FT = fuerza de adherencia del perno. Ua = desplazamiento del perno hasta deslizar. L = longitud del perno. En el momento actual con los clculos tenso-deformacionales se obtiene una informacin razonable, en la mayora de los casos prcticos, sobre la distribucin de las cargas en los pernos de sostenimiento.

Comportamiento de los pernos sometidos a desplazamientos cortantes. Habitualmente se considera que los pernos sostenimiento estn sometidos bsicamente a esfuerzos axiales; pero en los terrenos estratificados y resistentes, con un rgimen elevado de presiones, esto no es as y, de hecho, los mayores desplazamientos se producen en direccin de las discontinuidades produciendo un efecto de corte muy acusado. En la fig. 10 se ilustra el proceso de carga de un perno sometido a desplazamiento cortantes, cuyo mecanismo est regido por la acumulacin del desplazamiento en el contacto entre el perno y la discontinuidad, que produce un efecto cizalla. En este caso solo una pequea parte de la longitud del perno se muestra activa durante el proceso de carga.

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Tecnologa de anclaje. En perno esta constituido por un elemento resistente, solidarizado al terreno por un sistema de anclajes y por una placa de reparto. En los apartados siguientes se presentan las caractersticas tecnolgicas de los elementos de los pernos actualmente disponibles. Sistema de anclajes. Tradicionalmente los pernos se han clasificado en funcin de que su anclaje al terreno se materializara en un extremo, anclaje puntual, o a lo largo de toda la barra del perno, anclaje repartido. Es lgico clasificar los sistemas de anclajes segn el mecanismo en el que se fundamentan adherencia y friccin. Anclajes por friccin. Una caracterstica comn a los anclajes por adherencia, ya sea con resina o cemento , es que le perno anclado tiene una rigidez muy superior a la del terreno circundante. Esto puede plantear serios problemas, llegando a producirse la rotura del perno, si la excavacin debe sufrir una plastificacin importante como consecuencia del reajuste tensional, despus de colocados los pernos. Los anclados por friccin, tambin denominados mecnicos, minimizan este problemas, aunque tambin tienen inconvenientes, tal y como se describen en los apartados siguientes.

anclajes con elevada presin de contacto. A este tipo pertenecen los primitivos pernos de anclaje puntual en el cual el anclaje tal como se consegua a base de expandir unas piezas metlicas que penetraban en el terreno. Este sigue siendo el anclaje que ms se utiliza a escala mundial, pero sus aplicaciones se restringen exclusivamente a la minera y es muy poco usado en la obra civil. Las cabezas de anclajes actualmente comercializadas difcilmente aseguran ms de 20 t de fuerza axial y su dimetro es del orden de 35 mm. Mientras que el dimetro de la barra del perno suele estar comprendido entre 16 y 25 mm. Es un sistema de anclaje muy barato, totalmente mecanizable en su colocacin y que presenta la gran ventaja de la lata deformacin que es capaz de asumir antes de la rotura, que es dl orden del 14% y se corresponde con la del acero de la barra del perno que no tiene restricciones en toda su longitud. En cuanto a sus limitaciones hay que sealar el bajo nivel de fuerza axial que puede soportar, la gran sensibilidad de la calidad del anclaje al dimetro de perforacin y la

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importancia perdida de carga que se produce al poco tiempo de colocados, debido, sobre todo, al efecto de las vibraciones. Anclajes con baja presin de contacto. Los anclajes de baja presin de contacto son una generalizacin de los anclajes mecnicos al anclaje repartido y. en el momento actual, estn representados por los pernos tipo Splitset y Swellex. Ambos tienen en comn la particularidad de trabajar por friccin, lo cual les permite mantener la carga mxima con unos desplazamientos muy importantes.

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Pernos Split set: DEFINICION DE PERNO SPLIT SET Tambin llamados tubos estabilizadores de friccin. Estos elementos de sostenimiento trabajan a lo largo del tubo por friccin cuando son introducidos en un taladro de menor dimetro.

Figura: Modelo de anclaje del Split set.

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Modelo de anclaje del Split set.

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ESPECIFICACIONES TECNICAS

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TIPOS DE MACIZO ROCOSO EN LOS CUALES PUEDEN SER INSTALADOS

Tipos de Split set: Estabilizadores SS-33 Especificaciones y el rendimiento El estabilizador Split Set es un tubo de acero con ranuras, con un extremo cnico para facilitar la insercin en un taladro agujero. El otro extremo tiene una brida de anillo soldado al mantener la placa de apoyo. El estabilizador se inserta en un agujero poco ms pequeas en dimetro que el tubo, usando una simple herramienta de conductor montado en el taladro. A medida que el tubo entra, su de dimetro se comprime y se parte de la ranura se cierra. Esto ejerce una fuerza

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radial a lo largo de contacto con la roca, proporcionando la friccin que tiene el rock junto. La fuerza motriz de la fresa activa las cargas de la placa de apoyo contra la roca. Establece Rollforms'Split Internacional cuentan con un patentado "Indexacin Ring" feature.This permite Para determinar la duracin de un conjunto de Split instalado. Tubos y placas estndar estn disponibles o galvanizado, realizadas de conformidad con ASTM F 432-95 en su caso. Estampados cdigo en el tubo de mostrar su tamao, fecha y lugar de fabricacin, y mucho calor de acero

Estabilizadores SS-39

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Estabilizadores SS-46

FORMA ADECUADA DE INSTALACIN Definir si ser sistemtico o puntual (ocasional) la instalacin. Ventilar y desatar la zona a sostener. Marcar la ubicacin de los pernos. Perforar el taladro (siempre debe ser un poco ms largo que la longitud del Split set.

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Introducir el Split set con la ranura hacia abajo, colocar el adaptador (culatin) y empujar con la mquina perforadora. Tener en cuenta que la maquina tiene que estar alienado completamente con el Split set.

CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD: Taladro perforado, Split set instalado (no acumular taladros). El desatado es continuo, debido que la mquina perforadora produce vibracin el cual puede causar desprendimiento de rocas. La direccin de los pernos Split set debern ser perpendiculares a la caja que se desea sostener. Solamente personal entrenado est en la capacidad de instalar este tipo de pernos.

FORMAS INCORRECTAS Y CORRECTAS DE INSTALAR UN PERNO SPLIT SET: Primer caso:

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Segundo caso:

Tercer caso:

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Cuarto caso:

Quinto caso:

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CUANDO NO UTILIZAR UN PERNO SPLIT SET: En rocas intensamente fracturadas o macizos rocosos malos (tipo IV).

En zonas donde existe aguas acidas, el cual corroera el Split set rpidamente.

En zonas donde existe cuas de gran peso (en dicho casos se recomiendan pernos helicoidales).

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MTODOS PARA DETERMINAR LA LONGITUD DE UN PERNO: Existen muchos criterios para saber la longitud adecuada del perno Split que debera usar en la labor minera. Algunas de ellas la citamos a continuacin. A) - la profundidad de las capas (X) a soportar, longitud del perno (L) = X + .75 m a 1.0 m B) - dimensin de los bloques (X) a soportar, longitud del perno (L) = X + .75 m a 1.0 m C) - L \ E = X por L = longitud del perno, E = espaciamiento de los pernos, X = 1.2 a 2.0 D) - L = X + (0,18 x W) por L = longitud del perno, W = tamao de la apertura en metros, X = 1,4 a 3,0

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CONSIDERACIONES TECNICAS: Son utilizados generalmente de uso temporal. Son considerados sostenimientos de tipo Activo (trabajan inmediatamente despus de instalarlos en el macizo rocoso. La diferencia de dimetro entre el Split set y el taladro es importante. Si es menor, el Split set no trabajara adecuadamente, si es mayor, el Split set puede doblarse en el momento de la instalacin.

RECOMENDACIONES GEOMECNICAS (SISTEMTICO Y PUNTUAL): En esta seccin se explicara cmo aplicar las distintas recomendaciones geomecnicos: SPLIT SET SISTEMATICO: Se distribuyen los pernos Split set a una distancia determinada segn la recomendacin del Dpto. de Geomecnicos. Al realizar esta prctica se genera el efecto de arco en el macizo rocoso.

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Tener en cuenta si al pintar la ubicacin del perno cae en una fractura, se deber mover a una zona ms adecuada.

Existen dos formas de distribucin sistemtica: A) Tipo Rombo:

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B) Tipo Cuadrado:

SPLIT SET PUNTUAL O OCASIONAL: Se colocara Split set solamente donde se requiere. Generalmente para sostener cuas o bloques de rocas.

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Ventajas de Usar el conjunto de Split Friccin Rock estabilizador

Instalacin rpida y sencilla. reduce los costos de pernos Apoyo ceden Apoyo inmediato Mantiene el apoyo, incluso si la placa de asiento es derribado Probado por millones de instalaciones Sin mezcla, sin presurizacin La inspeccin visual Mantiene la presin de la placa No se necesita equipo especial No apriete o volver a apretar Cargas de compresin en la roca Aumenta el agarre con los cambios de rock Apoyo activo axiales y radiales La concentracin de tensin mnima Diseo sencillo De acero liso, galvanizado o acero inoxidable Efectiva en cualquier ngulo Won.t agujero sobreesfuerzo Asistencia tcnica por personal experimentado Malla de una instalacin ms fcil Un estndar mundial de calidad No hay lmites de vida til

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Pernos SwellexEl Swellex es un tipo de perno de anclaje que fortalece la masa de roca a travs de una combinacin de la friccin y el enclavamiento mecnico en la interface roca-perno. El uso de la Swellex ha crecido rpidamente en un mbito en todo el mundo durante los ltimos aos, no slo en rocas duras (de alta resistencia y deformacin de alto mdulo), sino tambin en las rocas blandas (de baja resistencia y mdulo de deformacin bajo). PRINCIPIOS DE TRABAJO Pernos de anclaje Swellex fueron introducidas por Atlas Copco en la dcada de 1980 (Wijk y Skogberg, 1982). El perno Swellex est hecho de un tubo de acero doblado de pared delgada. Los bujes se presionan sobre los dos extremos del tornillo, que luego son sellados mediante soldadura. El casquillo inferior tiene un pequeo agujero a travs del cual el agua se inyecta en el tornillo, en de alta presin para ampliar el perno. Durante el proceso de expansin, el perno Swellex comprime la roca que rodea el agujero y se adapta a su forma para adaptarse a las irregularidades del pozo, ver Figura 1. Despus de la instalacin se lleva a cabo el perno en el agujero por el estrs de contacto entre el perno y la perforacin debido a la recuperacin elstica del material de la roca, as como el enclavamiento mecnico debido a la rugosidad del pozo (Stillborg, 1994).

Figura 1. Dibujos que ilustran el perno Swelllex y la interaccin entre la roca y el perno Swellex: (a) El perno Swellex se coloca en el agujero, (b) El perno se expande en agua a alta presin, (c) La presin del agua es liberada y el a los contratos de rock, ofreciendo as el efecto de bloqueo Swellex. Despus de Stillborg (1994). El efecto de refuerzo de los pernos Swellex puede ser representado por su resistencia al arrancamiento, Fpull, expresada como la carga de la retirada por metro. El fallo de la unin entre el rock y el perno Swellex es en forma de deslizamiento a lo largo de las asperezas en la pared del pozo, y / o en forma de rotura de las asperezas. La resistencia al arrancamiento se expresa generalmente como:

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Donde Rf se refiere a la resistencia a la friccin en la interface roca-perno, y S a la fuerza total de las asperezas desprenda. Expresin (1) significa que la resistencia al arrancamiento Ftraccion es el ms pequeo entre los Rf y S. Los trminos Rf y S se puede expresar, respectivamente, como:

y

Donde d = dimetro de la perforacin, q1 = la tensin de contacto principal en la interface roca-perno, creado por la instalacin, q2 = la tensin de contacto secundario, inducido por el bloqueo mecnico, = ngulo de friccin entre la roca y el perno, i = la rugosidad (o dilatacin) el ngulo de la pared del pozo, = la resistencia al corte de la roca, A = el rea total de todos cortados por encima asperezas. CARACTERSTICAS DEL SISTEMA SWELLEX:

Figura caractersticas de los pernos Swellex (Atlas copco)

LA EXPANSIN DEL SWELLEX EN LA PERFORACION Con el fin de lograr un refuerzo efectivo el perno Swellex debe cumplir dos requisitos: en primer lugar, un esfuerzo de contacto principal debe establecerse entre la pared del pozo y el perno, en segundo lugar, el perno debe ajustarse plenamente a las irregularidades en la pared del pozo despus de la expansin. El primer requisito es para mejorar el anclaje de friccin del tornillo, mientras que el segundo es lograr un enclavamiento mecnico. La tensin de contacto principal se construye debido a la diferencia entre la rigidez del perno y la del pozo. Al considerar la recuperacin elstica del pozo, as como la del tubo del perno,

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la expresin de la tensin del contacto en la pared del pozo se obtiene como (Hkansson y Li, 1997):

Donde K = la rigidez radial del perno, Kf = la rigidez radial del anillo de tubo, Kb = la rigidez de la lengua Swellex (ver Figura 2). Es una funcin del grado de expansin de la saeta. Kr = la rigidez de la roca,

q1 = la tensin de contacto principal en la interface roca-perno, Ppm = la presin mxima de la bomba, Pi = presin del pozo, es decir, la presin sobre la pared del pozo durante la instalacin del perno, t = espesor del tubo de tornillo, ri = radio del pozo, Es = el mdulo de Young del acero, Er = el mdulo de Young para el rock, s = la relacin de Poisson para el acero, r = relacin de Poisson para el roca. Expresin (4) significa que la tensin de contacto primario en la pared del pozo es una funcin de la rigidez de la roca y la de los pernos Swellex. La rigidez de la Swellex depende de la longitud de la lengua perno, una lengua corta que resulta en una alta rigidez. Por lo tanto, el Q1 de esfuerzo de contacto primario es tambin una funcin del grado de expansin. Figura 3.

Figura 2. La relacin entre el coeficiente de rigidez Kb y la longitud de la lengua Swellex.

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Figura 3. Tensin de contacto primario en comparacin con la expansin del perno Super Swellex. Valores de los parmetros utilizados para el clculo: Es= 210 GPa, Er = 10 GPa, Ppm= 30 MPa, Pi= 15 MPa. Muestra un ejemplo que ilustra la relacin entre la tensin de contacto y la longitud de la lengua. Rendimiento en las rocas duras y blandas La tensin de contacto primario depende el mdulo de Young de la roca en roca dura, pero en rocas blandas que depende tanto el mdulo de Young y la fuerza de la roca, ya que ceder puede ocurrir en un rea limitada alrededor del pozo durante la instalacin. A modo de ejemplo, la Figura 4 se muestra la solucin terica de la tensin de contacto primario cuando el mdulo de Young de la roca es variable. En los clculos, se supone que el mdulo de Young se refiere a la resistencia a la compresin uniaxial (en rocas blandas) por Er = 80c1.4 (Aydan et al., 1995). Los principales incrementos de esfuerzo de contacto con el mdulo de Young en rocas blandas, mientras que en rocas duras que disminuye. Se puede observar que se encuentra en rocas relativamente blandas que las altas tensiones de contacto primario se alcanzan. Como se dijo antes, el anclaje de los pernos de anclaje Swellex se logra mediante una combinacin de la friccin y el enclavamiento mecnico entre la pared del pozo y el perno. En rocas blandas las asperezas en la pared de sondeos son aplastados durante la instalacin del perno o desprenda despus, cuando se producen movimientos relativos entre el pozo y el perno. Esto significa que el enclavamiento mecnico que hace slo una pequea contribucin para el anclaje de

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Figura 4. Tensin de contacto primario en comparacin con el mdulo de Young de la roca en roca dura. Valores de los parmetros utilizados en los clculos para el Super Swellex: D=54 mm, t=3 mm, b = 10 mm, Es = 210 GPa, s = 0.3, r = 0.2, Ppm = 30 MPa, Pi = 15 MPa, = 30 . El perno, pero es la friccin que desempea el papel principal en este caso. La friccin es directamente proporcional a la tensin de contacto primario en la pared del pozo. Por lo tanto, la tensin de contacto primario es de vital importancia para mejorar el anclaje de los pernos Swellex en rocas blandas. En rocas duras, sin embargo, las asperezas en la pared del pozo estn cortados con gran dificultad, y por lo tanto el enclavamiento mecnico desempea un papel importante en el anclaje. Se puede observar en la Figura 4 que la tensin de contacto principal es bajo en rocas duras. A la tensin de contacto secundaria tiene que ser proporcionada con el fin de mejorar el anclaje de los tornillos. Esta tensin de contacto secundario se logra cuando el tornillo tiende a deslizarse sobre las asperezas de la pared del pozo, en rocas duras. Supongamos que la rugosidad (o dilatacin) el ngulo de la pared del pozo i, vase la Figura 5. La contraccin radial, u, del tubo de tornillo est relacionado con el movimiento axial de los pernos, x, de la siguiente manera:o

Figura 5. Una ilustracin esquemtica que muestra el enclavamiento mecnico entre la pared del pozo y el perno Swellex. Por otro lado, se sabe de la teora de la elasticidad que la contraccin radial del perno dar lugar a una tensin resistente radial, es decir, la tensin de contacto secundario, q2. La relacin entre el desplazamiento radial y la tensin de contacto secundario viene dada por:

La combinacin de las dos expresiones anteriores, se obtiene la expresin para la Q2 como:

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Echemos un vistazo a la contribucin de la rugosidad de la pared del pozo a la tensin de contacto secundario con un ejemplo. Supongamos que un Sper Swellex perno se instala en un pozo con la ri = radio de 24 mm. El ngulo de la rugosidad de la pared del pozo se supone que es i = 1. El clculo utilizando expresin (7) muestra que el esfuerzo de contacto q2 secundaria puede ser de hasta 0,9 MPa slo con un movimiento axial relativo de 1 mm entre el perno y la pared. La figura 6 ilustra la relacin entre la tensin de contacto secundario, el ngulo de la rugosidad de la pared, y el dimetro de la perforacin. Se puede concluir que, en rocas duras no es la tensin de contacto primario, pero la tensin de contacto secundario, que domina la capacidad de anclaje del perno Swellex. Por esta razn, la pared del pozo debe ser duro lo suficiente como para inducir una tensin de contacto secundaria, siempre y cuando el tornillo est sometido a una carga axial retirada.

Figura 6. Tensin de contacto secundaria en comparacin con el dimetro de la perforacin en ngulo diferente rugosidad durante un movimiento de 1 mm axial del perno Swellex.

CARGA IN-SITU. La carga ejercida sobre los pernos de roca in-situ es causado por deformacin de las rocas. La distribucin de la tensin de corte y tambin la carga de traccin axial a lo largo de toda la longitud del perno de anclaje se puede calcular sobre la base de la deformacin de las rocas (Li y Stillborg, 1997). El proceso de carga es la misma para todos los tipos de pernos de anclaje, pero la caracterstica del perno Swellex es que el esfuerzo cortante en el perno se puede mantener en el nivel de la resistencia al corte final cuando se activa de deslizamiento en la interface roca-perno. En esta etapa la capacidad de anclaje mximo del perno Swellex se alcanza. Como se ilustra en la Figura 7, el esfuerzo cortante en el perno se dirige hacia la pared del tnel en la parte cercana a la pared, mientras se dirige hacia la direccin opuesta en la parte situada ms al interior de la roca. La carga mxima de traccin axial en el perno se produce en el punto neutro donde el esfuerzo cortante en el perno es cero. Es la longitud de anclaje del tornillo que determina la carga axial mxima. Cuando la deformacin de las rocas es lo suficientemente grande, deslizamiento puede ocurrir en la seccin de anclaje del perno, es decir, a lo largo de la longitud de anclaje del perno.

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Figura 7. Un dibujo que ilustra el esfuerzo cortante y la carga de traccin axial a lo largo del perno Swellex con una placa de la cara, que corresponde a la capacidad de anclaje mximo del tornillo.

CAPACIDAD En contraste con los tipos tradicionales de tornillos, una cantidad limitada de movimiento de deslizamiento en la pared del pozo no tiene el anclaje de los pernos Swellex no, pero por el contrario, puede activar la capacidad de carga completa del perno. La evidencia de esta afirmacin se muestra en la retirada pruebas en el ltimo nido de carga del perno Swellex se mantiene constante, incluso despus de un desplazamiento largo. En este caso la resistencia al corte de la interfaz de perno de anclaje se moviliza a lo largo de toda la longitud del perno. Esta caracterstica del perno Swellex, lo que significa que puede tolerar un desplazamiento largo, sin prdida de su compaero en ltima capacidad de carga, lo hace nico en la estabilizacin de las masas de roca con grandes deformaciones. El ptimo desempeo del perno Swellex debe ser que el perno de diapositivas, en lugar de las rupturas, en el caso de deformacin de las rocas de gran tamao. Esta actuacin exige que la longitud de anclaje del perno tiene un lmite que depende de la resistencia de la unin, por lo tanto la tensin de contacto total, en la interface roca-perno. En el caso de que las asperezas en la pared del pozo no estn cortados, existe un criterio general para determinar la longitud de anclaje del perno es: Max. Retirada de la carga en el perno Proca .q.A.( l-lmax En nuestro caso. Ps = 110 kN = 11 tn Proca = 2.5 tn/m3

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L = 3m. Lmax = 0.55 m g = 9.81m/seg2 A = rea a sostener. Calculando. 110 = 2.5 x 9.81 x A (3-0.5 Despejando. A = 1.83 A= 1.35 m Caso de tajeos en produccin. Caja techo. Caliza negra estratificacin plana. Fallada y con una potencia de estratos promedio de 1.5 m.

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Conclusiones: El sostenimiento de acero es adaptable a casi cualquier forma de excavacin subterrnea, sea con una disposicin cerrada (impermeable) o abierta; ello es debido a su resistencia tanto a la traccin como a la compresin y a la capacidad del acero de moldearse a cualquier forma de excavacin. En las rocas blandas, es la tensin de contacto primario que juega un papel importante en el anclaje del perno. En las rocas duras, la pared del pozo debe ser lo suficientemente duro y el tubo de perno debe estar bien coincidir con la superficie irregular de la pared de sondeos. Es la tensin de contacto secundario inducido debido a la rugosidad de la pared del pozo que principalmente determina el anclaje de los tornillos en rocas duras. El perno Swellex puede proporcionar un fuerte refuerzo de la roca, siempre y cuando un estrs moderado contacto primario, por ejemplo, entre 0,5 y 1 MPa, se realiza en rocas blandas, o una pared de la perforacin relativamente brusca, por ejemplo, con un ngulo de rugosidad de alrededor de 6o, se realiza en rocas duras. Es necesario para un mejor entendimiento del comportamiento de los pernos de roca (Rock Bolt) en general, a fin de mejorar la calidad del elemento de refuerzo, como del sistema de sostenimiento, en labores mineras subterrneas y superficiales; para racionalizar su uso y aplicaciones; realizar investigaciones integrales sobre este evento, la misma que considera diferentes tipos y condiciones del macizo rocoso, el comportamiento de la excavacin y el tiempo de estabilizacin del mismo, contando para ello con los instrumentos y equipos necesarios.

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Bibliografa: A NEW ROCK BOLT DESIGN CRITERION AND KNOWLEDGE-BASED EXPERT SYSTEM FOR STRATIFIEDROOF; Dr. Christopher Haycocks, Chair; Dr. Michael Karmis; Dr. Gerald Luttrell; Dr. Gregory Adel; Dr. Gavin Faulkner. Atlas Copco, 1990. Sostenimiento Instantneo de Roca, Impreso, Suecia. Rock Support and Reinforcement Practice in Mining, Villaescusa, Windsor & Thompson. Captulo de ingeniera de minas. Tcnicas de sostenimiento en la Mina San Vicente; Ing. Miguel Velsquez.

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