ventilacion en tuneles parte 3

2.6 VENTILACION EN TUNELES

• Objetivo: mantención de la condición atmosférica: a consecuencia de las actividades que se efectúan para desarrollar el túnel.

• Necesidad: atmósfera limpia en el interior del túnel.

• Concentraciones indeseables en el aire, afectan la salud, la vida de las personas y la productividad.

• El aire fresco y los gases deben conducirse (por los mismos lugares por donde transita el personal, los equipos y los servicios)

• Gases: respiración, uso de explosivos, descomposición de substancias orgánicas, motores de combustión interna.

• Aire: 21% oxígeno; 78 % nitrógeno, 1 % argón.

• Aire seco, a nivel del mar y 15 ºC; 1,217 gr/m3.


VENTILACION

• Sistema que haciendo uso de ventiladores y ductos, ventilan áreas

restringidas, aportando aire fresco y extrayendo aire viciado.

• Se emplean circuitos de alimentación de aire fresco y circuitos de

evacuación de aire viciado.

• Al proporcionar un ambiente más confortable, se obtienen mejores

rendimientos y mejor velocidad de avance.

• Mejora la productividad, la visibilidad y la seguridad.


OBJETIVO GENERAL

• Llevar aire fresco a la frente en desarrollo:

respiración del personal

combustión completa de los motores diesel

dilución de los gases de la tronadura y de escape

regulación de la temperatura

eliminación del polvo en suspensión

OBJETIVO PARTICULAR

• Determinar el caudal y presión del aire requerido, para operar en un ambiente aceptable.

• Se determina en base a la legislación.


CRITERIOS PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE AIRE 1.- Cálculo del caudal según desprendimiento de gas metano Se basa en el volumen de gas que se desprende cada 24 horas. Q = q / 864p (m3/seg) donde: q = volumen de gas que se desprende en 24 horas en m3

p = norma del contenido de metano en el aire. Está dado por la legislación de cada país. En Chile p = 0,5 %


CRITERIOS PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE AIRE 2.- Cálculo del caudal según el número de personas. Q = N x f (m3/min) donde: f = volumen de aire necesario por persona = 3 m3/min N = número de personas 3.- Cálculo del caudal según la temperatura temperatura depende de: temperatura exterior calor de compresión del flujo de aire que se introduce

calentamiento por la generación de aire comprimido absorción o condensación del vapor intercambio de temperatura entre el macizo rocoso y el aire. el cuerpo humano requiere temperaturas entre 21 y 25 °C


Legislación chilena: temperatura máxima en el interior del túnel no

podrá exceder de 30 °C para una jornada laboral de 8 horas.

Humedad relativa

Temperatura seca

Velocidad mínima del aire

85 % 24 a 30 °C 30 m/min

85 % 30 °C 120 m/min


CRITERIOS PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE AIRE 4.- Cálculo del caudal según el polvo en suspensión No hay un método aceptado universalmente Se fija la velocidad del aire entre 18 m/min a 45 m/min en lugares de

alta formación de polvo. En Chile la velocidad máxima permitida en túneles con circulación de

personal es 150 m/min.


5.- Cálculo del caudal según el consumo de explosivo Considera: formación de productos tóxicos por la detonación de explosivos, tiempo estimado en despejar el túnel de gases y cantidad máxima permitida de gases en la atmósfera, según normas Q = G x E /( T x f ) m3/min, donde G = formación de gases en m3 por la detonación de un kilo de explosivo, en general G = 0,04 m3/kg de explosivo. E = cantidad de explosivo a detonar en kilos. T = tiempo de dilución en minutos. Se puede suponer 30 min. f = porcentaje de dilución de los gases en la atmósfera. Mínimo 0,008 %. Así Q = (0,04 x E x 100) / ( 30 x 0,008) m3/min por lo que Q = 16,67 E m3/min


6.- Cálculo del caudal según el equipo diesel Q = V x c/y donde: Q = volumen de aire necesario para la ventilación en m3/min V = volumen de gases de escape del motor en m3/min c = concentración del componente tóxico del gas de escape que se

considera en particular ( % en volumen ) y = concentración máxima, higiénicamente segura, para el componente

tóxico que se está considerando (% en volumen) Comúnmente se afecta por un factor de seguridad Se busca no exceder de 0,25 % para el CO2, 0,005 % para el CO y 0,00125

% para el oxido de nitrógeno Al tratarse de varias máquinas diesel, la ventilación es una función

acumulativa de los requerimientos de cada máquina y debe proporcionarse en adición a la ventilación necesaria para todos los demás elementos.


Algunas Consideraciones

• ningún motor diesel debe ser puesto en servicio subterráneo sin pruebas previas para calcular la ventilación segura que requiere.

• la ventilación segura varía entre 2,83 y 7,07 m3/min por HP, con el motor debidamente ajustado para eliminar el exceso de CO.

• según el reglamento de Seguridad Minera, el caudal que se debe considerar por cada equipo diesel es 2,83 m3/min por HP y a este resultado se le debe agregar la cantidad de aire necesario para controlar el resto de los contaminantes.

• Resumen: los factores que afectan la ventilación para motores diesel empleados en túneles son numerosos, por lo que determinar la ventilación segura a través de una sola fórmula puede ser peligroso.

• La correcta disolución de gases de escape reduce el peligro de formación de zonas locales altamente contaminadas y que este gas vuelva a penetrar al sistema de admisión de aire del motor.


SISTEMAS DE VENTILACION

• Se utilizan dos sistemas en desarrollo de túneles.

• Sistema Impelente: el aire fresco es impulsado dentro de un ducto, ventila la frente y sale contaminado por el túnel.

para túneles de baja longitud y sección: menores a 400 m y 12 m2

• Sistema Aspirante: el aire fresco ingresa a la frente por el túnel y el aire contaminado es extraído por ductería.

para túneles de mayor sección y longitud

• Sistema Combinado: Aspirante - Impelente, que emplea dos tendidos de ductos. Uno extrae aire contaminado y el otro impulsa aire fresco a la frente.

• Mantiene el túnel y la frente con una renovación constante de aire y se reduce el tiempo de evacuación de gases.

• Presenta un mayor costo de instalación y mantención.


PARTES DE UN VENTILADOR

• Ventilador: máquina rotatoria que expulsa aire en forma continua.

• Partes principales de un ventilador y que afectan sus propiedades

aerodinámicas:

Impulsor o hélice: al rotar imparte movimiento al aire.

Carcaza: estacionaria y guía el aire hacia y desde el impulsor.

CLASIFICACION

• Radiales o Centrífugos: el aire abandona el impulsor en una dirección perpendicular respecto al eje del impulsor.

• Axiales: la forma como el aire pasa a través del ventilador se asemeja al principio de acción de un par tornillo/tuerca.


ELECCION DEL VENTILADOR

• OBJETIVO: elegir un ventilador conveniente en cuanto a su eficiencia, consumo de potencia y que asegure el mejor servicio.

• Interesa determinar la potencia requerida del motor que acciona al ventilador.

• El aire que queremos mover a través del circuito consume energía debido a las pérdidas de presión producidas por la resistencia del circuito.

• Esta energía debe ser vencida por el movimiento del ventilador.

• El ventilador pierde energía por roce en sus descansos, por vibraciones y por las transmisiones.


Definiendo

Q = caudal de aire en m3/seg.

H = depresión del circuito en mm c.a. o kg/m2

Pot = potencia del motor en HP.

= eficiencia del ventilador. Varía entre 70 y 80 % según su tamaño, fabricación y punto de trabajo.

AHP = potencia necesaria para mover el caudal Q en un circuito cuya depresión es H en HP.

BHP = potencia al freno del ventilador en HP.

DE = eficiencia de la transmisión. Varía entre 90 % en transmisiones por poleas y correas a 100 % en transmisiones directas.

ME = eficiencia del motor. Varía entre 85 y 95 %.


AHP = ( Q x H ) / 75 (HP)

BHP = ( Q x H ) / ( 75 x ) (HP)

Pot = BHP / (DE x ME) = (Q x H) / (75 x x DE x ME)

La potencia del motor es directamente proporcional a la

cantidad de aire y a la pérdida de presión del circuito.


Ventiladores de Túneles

• Prácticamente se usan sólo ventiladores axiales, por su facilidad de instalación, donde el ventilador queda “confundido” con el ducto.

Ventiladores en Serie

• La curva de operación de dos ventiladores en serie, mantiene el caudal y suma las presiones.

• Siempre hay pérdidas de presión por turbulencias y por diferencias en el ángulo de calaje de las paletas.

Ventiladores en Paralelo

• Al requerirse mayor caudal y al no disponerse de ventiladores con suficiente capacidad, se consigue una suma de caudales, manteniendo la presión.

2.6 VENTILACION EN TUNELES Ventiladores en Serie: La curva de operación de dos ventiladores en

serie, mantiene el caudal y suma las presiones. Q1 = Q2 = Q3 = ... = Qn R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn H = H1 + H2 + H3 + ... + Hn Ventiladores en Paralelo: se consigue una suma de caudales,

manteniendo la presión. Q = Q1 + Q2 + Q3 + ... +Qn 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn H = H1 = H2 = H3 = ... = Hn


DEFECTOS FRECUENTES EN INSTALACIÓN DE VENTILADORES AXIALES

• No usar cono de entrada en ventiladores impelentes • Deformación del cono de entrada por golpes. • No usar rejilla de protección en el cono de entrada. • Conexión directa de ductos plásticos al ventilador, por fugas en las

uniones. • Instalación de codos en la descarga de los ventiladores, que producen

alta resistencia al paso de aire. • Montar un ventilador aspirante con descarga sin cono o ducto que

reduzca la velocidad de salida.


TIPOS DE DUCTOS

• Diámetros entre 300 y 1.200 mm • Metálicos; fabricados con planchas de fierro de 1 a 4 mm de espesor,

3 a 10 metros de largo, usados en secciones mayores de 16 m2 y longitudes superiores a 800 metros.

Bajo coeficiente de roce, buen hermetismo en uniones, bajo costo de mantención, alto peso, rígidos, de mayor costo y requieren menor potencia.

• Plásticos: flexibles y lisos; confección en PVC con tejidos de alta resistencia, en tiras de 5 a 30 metros. Se usan en sistemas impelentes y poseen anillos de acero en sus extremos para conectarlos entre si.

Bajo peso, flexibles, fáciles de almacenar, transportar e instalar. • Plástico reforzado; con una espiral de anillos de acero, más resistivo y

de mayor costo, usados para extraer aire.


INFLUENCIA DEL DIAMETRO EN EL GASTO DE ENERGÍA

• El diámetro óptimo de la ductería influye en el costo del ventilador

asociado y en el gasto de energía.

• H = RQ2

• R = LP/A3 P = D A = D 2/4

• = coeficiente de resistencia aerodinámica en kg seg2/m4

• en mangas desde 0,0002 a 0,0006

• H = (6,48 L/D5) x Q2.

• A medida que aumenta el diámetro del ducto, baja en forma considerable

la caída de presión del sistema.

• Pot = HQ / 75, lo cual indica menor consumo a mayor D


IMPORTANCIA DE LAS FUGAS DE AIRE EN LA DUCTERIA

• Los tendidos de ducterías presentan fugas a través de sus uniones,

uniones al ventilador y por roturas.

• Las fugas pueden superar el 90 % del caudal impulsado.

• Aceptables fugas de un 30 % de la capacidad del ventilador.

• En ductos metálicos las fugas son menores, de 20 % para tubos bien

unidos y menores a un 10% en uniones con flanges apernados y con

empaquetaduras de goma.

• Al seleccionar la capacidad del ventilador se debe considerar:

• Q ventilador = Q requerido + Q fugas

• Los caudales por fugas se calculan a partir de nomogramas y fórmulas

basadas en experiencias de laboratorio.


INSTALACIONES DE DUCTOS Y DEFECTOS FRECUENTES • Empleo de codos abruptos, quiebres o cambios en el diámetro. • No obtener un alineamiento recto dentro del túnel. • Falta de alineamiento y fallas en las uniones. • En ductos plásticos se observa, no uso de cable de acero tensado

para colgar y mantener alineadas las tiras y amarres con alambres.

2.7 SANEAMIENTO

GENERAL

• Proceso de eliminación de rocas sueltas, a consecuencia de la tronadura o de la vibración producida por la perforación.

• Para que una roca caiga, debe estar suelta.

• Proteger la integridad física de las personas.

• Proteger maquinarias, equipos, instalaciones y herramientas.

• Observación de las condiciones de techo, cajas y frente: proceso permanente.

• El proceso de saneamiento se conoce como acuñadura.

• Acuñadura: manual o mecanizada.

• Realización desde el piso, canastillos o plataformas.

2.7 SANEAMIENTO

CUANDO Y DONDE

• A entrada de turno y al recibir la frente.

• Durante el turno en la medida que se requiera.

• Posterior a la ventilación, luego de una tronadura.

• En cualquier tipo de rocas.

• Énfasis en sectores de rocas incompetentes.

• Ante presencia de rocas sueltas, planchones abiertos, fallas geológicas.

• A lo largo de todo el túnel.

• Importancia de tener un programa de acuñadura.

2.7 SANEAMIENTO

PRACTICAS OPERACIONALES

• Probar estabilidad de techo y cajas.

• Uso de acuñador con largo adecuado

• Ubicación bajo techo acuñado

• Buena iluminación.

• No se pueden aprovechar los restos de tiros en la frente.

• Evitar contacto con líneas eléctricas.

• Observación del probable encadenamiento de rocas.

• Proteger equipos e instalaciones de la caída de rocas.

• Mantención del área libre de obstáculos y de las rocas que caen.

2.7 SANEAMIENTO

TIPOS DE ACUÑADURA

• Acuñadura Manual desde el piso. • Acuñadura Manual desde jaulas de seguridad • Acuñadura con equipo mecanizado: inspección visual

ubicación del equipo en zona segura a la mayor distancia de la

proyección de la caída.

inclinación del brazo no mayor a 45º

cuña del martillo paralela al túnel o levemente inclinada.

operación siempre finaliza con acuñadura manual.

FALTA GRAVE: TRABAJAR EN UNA FRENTE CON RIESGO DE CAIDA DE ROCAS POR FALTA DE ACUÑADURA

2.8 CARGUIO

GENERALIDADES EQUIPOS LHD • Origen en minería subterránea • Equipo autocargador, “similar” a un cargador frontal. • Balde de grandes dimensiones. Hasta 16 yd3

• Reducida altura. • Capacidad para transportar material en el mismo balde. • LHD = load – haul – dump: carga, transporta y descarga. • Constituido por dos cuerpos unidos por una articulación central. • Capacidad para efectuar curvas de pequeño radio. • Montado sobre neumáticos. • Motor diesel (o eléctrico). • Desplazamiento bi direccional.

LHD

Load - Haul - Dump

2.8 CARGUIO

2.8 CARGUIO EQUIPOS LHD

2.8 CARGUIO

DIMENSIONES GENERALES

2.8 CARGUIO

CARACTERISTICAS EQUIPOS LHD

altos rendimientos

bajos costos

operación sobre neumáticos

capacidad para operar en pendientes

capacidad para operar en suelos irregulares

compactabilidad: carga, transporta y descarga

a veces independiente de un equipo de transporte

compatible con equipo de transporte.

2.8 CARGUIO

DESCRIPCION EQUIPOS LHD

• El balde gira en torno a un eje horizontal, perpendicular al cuerpo del equipo, accionado por un cilindro hidráulico.

• El levante del balde es accionado por otros cilindros hidráulicos independientes

• Este mecanismo le permite cargar camiones.

• Equipo de bajo perfil, largo y angosto.

• Su largo y bajo centro de gravedad, le otorga estabilidad.

2.8 CARGUIO

DESCRIPCION EQUIPOS LHD

2.8 CARGUIO

CONFIGURACION DEL CARGUIO

2.8 CARGUIO

REQUERIMIENTOS OPERACIONALES PARA EQUIPOS LHD

• Pendientes compatibles.

• Adecuadas vías de tráfico.

• Ventilación suficiente.

• Estaciones de seguridad para el personal.

• Infraestructura de mantención.

• Entrenamiento de operadores y mantenedores.

• Infraestructura de vaciado.

• Infraestructura de descarga a camiones.

2.8 CARGUIO

ESPECIFICACIONES GENERALES EQUIPOS LHD • Capacidad del balde y capacidad de carga

• Longitud, Ancho, Altura, Radio de Giro

• Velocidad, Tiempo de descarga

• Capacidad de los servicios

ESPECIFICACION MOTOR EQUIPOS LHD

• Marca, Tipo de enfriamiento: por aire

• Potencia, torque, sistema eléctrico, sistema alimentación combustible.

• Convertidor de torque, transmisión, ejes, dirección, servicios hidráulicos, sistemas de frenos.

2.8 CARGUIO

RENDIMIENTO EQUIPOS LHD

t1 = tiempo de carguío

t2 = tiempo de descarga

t3 = tiempo de transporte

t4 = tiempo de maniobras

Tiempo de ciclo = t1 + t2 + 2t3 +t4

= distancia/ velocidad

Ciclos por hora = 60 / (t1 + t2 + 2t3 + t4)

C = capac. de transporte = V * D * k vol balde * densidad * coef llenado

Ton. transportadas por hora = 60 * C / (t1 + t2 + 2t3 + t4)

Productividad = 60 * V * D * k / (cte + 2d/v) ton/hr

2.8 CARGUIO

• Iluminación • Area de Carguío • Fragmentación • Vía de tránsito • Areas de descarga • Distancias • Altura • Temperatura

• Agua en la vía • Operación • Mantención • Interferencias • Uso alternativo • Ventilación • Diseño de estocadas de

carguío

FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD

2.8 CARGUIO

Disponibilidad Mecánica: (t. total – t mantención) / t. total

Utilización: (t operación + t pérdidas oper.) / (t total - t mantención)

TRANSPORTE, CAMIONES

CAMIONES Se hace masivo con la aparición del motor a explosión.

Requiere de una infraestructura básica, de tipo integracionista.

Brinda continuidad a la operación.

No posee rigidez de operación ni en los terminales ni en la vía.

Posee rapidez entre sus orígenes y destinos.

Existen diversas opciones de inversión para su aplicación.

El producto se lleva desde su origen a su destino sin transbordos.

Exige programación de la operación en la vía y en los terminales

2.9 TRANSPORTE

2.9 TRANSPORTE

REQUERIMIENTOS DE DISEÑO

• Condiciones del Camino • Condiciones de Tráfico • Pendientes • Contaminación Ambiental • Inversiones y Costos de Operación

CARACTERISTICAS DE LOS EQUIPOS • Capacidad de Carga • Capacidad de Aceleración • Capacidad de Trabajo Continuo • Velocidades Características

• Niveles de Emisión del Contaminante

Existen tres tipos: Convencionales, Articulados y de Bajo Perfil CAMIONES CONVENCIONALES - Baja inversión US$ 150.000 a 250.000 y baja vida útil

- Rendimientos competitivos en ciertos rangos.

- Fácil mantención, operación y acceso a repuestos.

- Baja capacidad de carga.

- Equipos rígidos: requieren mayor radio de curvatura.

- De mayor tonelaje: doble eje trasero.

- Menor capacidad para operar en pendientes.

- Dificultad para operar en terrenos en mal estado.

- Exigen baja granulometría de carga.

2.9 TRANSPORTE

DIMENSIONES CARACTERISTICAS

• Altura de transporte, ancho, ángulo de descarga.

• Altura máxima de la tolva en la descarga

• Altura de descarga, altura de carga.

• Altura de transporte sin carga

• Distancia entre ejes.

• Radios de giro interno y externo.

• Largo.

2.9 TRANSPORTE

2.9 TRANSPORTE

CAMIONES ARTICULADOS

• Articulación situada en el primer tercio delantero del equipo.

• Disminuir radios de curvaturas. Ahorros en diseño de caminos.

• Alta “ flotabilidad; capacidad de operar en caminos fangosos.

• Libertad de movimiento en terrenos no uniformes. Ejes traseros

pivotean respecto al eje transversal horizontal.

• Más veloces que los convencionales.

• Operan en pendientes más pronunciadas.

• Menor altura de carga que los convencionales.

• Mayor inversión ( sobre US$ 500.000) y vida útil de 15.000 horas.

2.9 TRANSPORTE

RENDIMIENTO DE UN SISTEMA LHD - CAMION

• Para un camión se define: Cb = Capacidad del balde del LHD (m3)

= Densidad de la roca fragmentada ( ton/m3 )

k = Factor de llenado del balde

CLHD = Capacidad del LHD = Cb x k x

Cc = Capacidad del camión (ton)

NL = Número de ciclos para llenar un camión= Cc/CLHD

NB = Número de baldadas para llenar el camión = entero [Cc/CLHD

2.9 TRANSPORTE

RENDIMIENTO DE UN SISTEMA LHD - CAMION

Fllc = Factor de llenado de la tolva del camión = NB x CLhD /Cc

t1 = Tiempo de carga del LHD (min)

t 2 = Tiempo de descarga del LHD (min)

t3 = Tiempo de viaje total del LHD

t4 = Tiempo de maniobras del LHD (min)

Tc1= Tiempo de llenado o carguío del camión

Tc1= NL ( t1 + t2 + t3 + t 4 )

2.9 TRANSPORTE

Dcc = Dist. viaje camión cargado al punto descarga (km)

Vcc = Veloc. camión cargado al punto descarga (km/hr)

Dcv = Dist. viaje camión vacío hacia la frente (km)

Vcv = Veloc. camión vacío (km/hr)

Tc1 = Tiempo de carga del camión (min)

Tc2 = Tiempo de descarga del camión (min)

Tc3 = Tiempo de viaje total del camión (min)

Tc3 = (Dcc / Vcc + Dcv / Vcv) x 60

Tc4 = Tiempo de maniobras del camión (min)

Rend. camión: Rc = (NB . CLHD . 60)/ (Tc1 + Tc2 + Tc3+ Tc4) ton/hr

2.9 TRANSPORTE

RENDIMIENTO DEL SISTEMA LHD CON N CAMIONES

Se considera que el LHD se encuentra saturado de camiones y

para el cálculo se tiene que el tiempo en que el camión demora en ir a descargar, retornar y maniobrar, debe ser menor o igual al tiempo que demora el LHD en cargar a los (n-1) camiones restantes.

Tiempo de llenado en carguío de los (n-1) camiones: Tc (N-1) = (N-1) NL x ( t1 + t2 + t3 + t 4 ) Tc2 + Tc3 + Tc4 Tc (N-1)

CLHD x (Tc2 + Tc3 + Tc4 ) + 1 N. Cc. ( t1 + t2 + t3 + t 4 )

2.9 TRANSPORTE

CURVAS DE DESEMPEÑO

• Variables involucradas en el cálculo de rendimientos: velocidad desempeñada y distancias recorridas (perfiles de transporte).

• Velocidad: f(condiciones en que el camión realiza el recorrido):

restricciones de velocidad, pendientes por tramo, estado carretera.

• Estimación de velocidades de los distintos trayectos: utilizando las curvas de desempeño del motor del camión y las curvas de desempeño del sistema de frenos.

• Las curvas esquematizan el comportamiento del equipo en condiciones de carga, potencia, marcha y pendientes de la ruta y a partir de ellas se obtiene el perfil de velocidades.

• Es fundamental determinar la fuerza necesaria a vencer para conseguir la rotación de la rueda.

• Resistencia a la Rodadura: fuerza que opone la pista de rodado al desplazamiento.

2.9 TRANSPORTE

Definiendo:

PB = Peso bruto del camión (ton)

CP = centímetros de penetración de la rueda en el terreno (cm)

PP = Pulgadas de penetración de la rueda en el terreno

PR = Resistencia a la rodadura

FR = Factor de resistencia a la rodadura (%)

PS = Pendiente en subida (%)

PD = Pendiente en bajada (%)

2.9 TRANSPORTE

• Asumiendo como ejemplo que la resistencia a la rodadura es aproximadamente un 2 % del peso bruto del camión y que por cada centímetro que penetre la rueda en el terreno, el valor de esta resistencia se incrementa en 0,6 % del peso bruto del equipo.

• Resistencia a la rodadura en toneladas. PR = PB x (0,02 + 0,006 x CP) ton FR = 2 + 0,6 x CP % • La pendiente efectiva en un tramo del perfil de transporte es: en subida (PS + FR) % en bajada (PB - FR) % horizontal FR %

2.9 TRANSPORTE

PRINCIPIOS DE ESTABILIZACION Y FORTIFICACION DE TUNELES

EFECTO DE UNA EXCAVACION EN EL

COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO

LA CONSTRUCCION DE UNA ESTRUCTURA SUBTERRANEA ES MÁS COMPLEJA QUE CUALQUIER DISEÑO ESTRUCTURAL CLÁSICO, PUES EL MEDIO DONDE SE TRABAJA ES:

MECANICAMENTE DISCONTINUO ANISOTROPO Y HETEROGENEO NO ELASTICO

COMPORTAMIENTO MACIZO ROCOSO

TODA EXCAVACION SUBTERRANEA GENERA CONDICIONES DE EQUILIBRIO INESTABLE POR CAMBIO EN EL CAMPO DE TENSIONES Y CARACTERISTICAS MECANICAS DEL MACIZO ROCOSO. SEGÚN LA NATURALEZA DEL MACIZO:

LA ROCA RESISTE PERFECTAMENTE

LA ROCA CEDE PARCIALMENTE

LA ROCA CEDE COMPLETAMENTE

EFECTOS PRIMARIOS DE UNA EXCAVACION

DESPLAZAMIENTO Y FALLA DE LA ROCA: SE HA ROTO EL EQUILIBRIO INICIAL IN SITU ESFUERZO SUPERFICIE: SE PRODUCE UNA ROTACION DE LOS ESFUERZOS. NO EXISTE TENSION NORMAL NI DE CORTE SOBRE LA SUPERFICIE ABIERTA EFECTO FLUJO AGUA: EN LOS LIMITES DE LA EXCAVACION EL FLUJO DE AGUA REDUCE SU PRESION A CONDICIONES ATMOSFERICAS Y FLUYE AL INTERIOR DE LA EXCAVACION

INVESTIGACIÓN

LA INVESTIGACION PERMITE GENERAR UN PRONOSTICO CUANTITATIVO SOBRE:

ESTRUCTURAS GEOLOGICAS

ESFUERZOS IN SITU CAPACIDAD DE AUTOSOPORTE

TAMAÑO BLOQUE RUGOSIDAD Y TIPO RELLENO

“ EL PROBLEMA MÁS DIFICIL DE CONTROLAR ES EL” NO PREVISTO ”

FACTORES QUE CREAN CONDICIONES DE EQUILIBRIO INESTABLE : FACTORES GEOLOGICOS ESTRUCTURAS CAMPO DE ESFUERZO IN SITU+ INDUCIDO PERMEABILIDAD AGUA SUBTERRANEA TIEMPO DE EXPOSICION RELAJACION DISEÑO GEOMETRIA TAMAÑO DE LA ABERTURA EFECTO DE ESCALA

“CONCEPTO INTEGRADO DE LOS PROCESOS DE CONSTRUCCION, TRONADURA Y ESTABILIZACION”

SE BUSCA EL “AUTOSOPORTE DE LA ROCA”

REDUCIR DAÑO ENTORNO

AUMENTAR SU RESISTENCIA

DISMINUIR LA DEFORMABILIDAD

INGENIERÍA DE LA EXCAVACION

DISEÑO EXCAVACION

DISEÑO DE TRONADURA

DISEÑO ESTABILIZACION

INGENIERIA EXCAVACION

UN ANALISIS DE ESTABILIZACION DE LA MASA ROCOSA DEBE CONSIDERAR DOS ASPECTOS: NO SE PUEDEN PREVENIR TODOS LOS DESPLAZAMIENTOS EN LA SUPERFICIE DE LA EXCAVACION UN ANALISIS EQUIVOCADO SOBRE EL DISEÑO DE LA EXCAVACION ES UN PROBLEMA MAYOR

PRINCIPIO DE ESTABILIZACION DEL MACIZO ROCOSO

MECANISMO DE CONTROL INESTABILIDAD

ESTABILIZACION: TERMINO COLECTIVO QUE INVOLUCRA TODOS LOS METODOS Y TRATAMIENTOS UTILIZADOS PARA MEJORAR EL COMPORTAMIENTO MECANICO (RESISTENCIA) Y ATRIBUTOS DEL MACIZO ROCOSO.(DEFORMACION) LOS METODOS SON: REFUERZO

SOPORTE CONGELAMIENTO INYECCION DRENAJE

REFUERZO ACTIVO

LOS ELEMENTOS VAN INSTALADO AL INTERIOR DE LA ROCA Y SON ESTRUCTURALMENTE LIVIANOS Y FLEXIBLES. SU FUNCION ES MEJORAR LAS PROPIEDADES MECANICAS INTERNAS DEL MACIZO ROCOSO

PERNO DE ANCLAJE CABLES

CABLE BOLT SIMPLE CABLE STRAND O GRUPOS DE CABLES SIMPLES

LOS ELEMENTOS VAN INSTALADOS FUERA DE LA ROCA. ESTRUCTURALMENTE SON PESADOS Y RIGIDOS. SU FUNCION ES LA DE APLICAR UNA FUERZA REACTIVA SOBRE LA SUPERFICIE DE LA EXCAVACION: MARCOS PEFIL ACERO SOLIDO - MADERA HORMIGON ANILLOS DE HORMIGON HORMIGON PROYECTADO SISTEMAS DE RETENCION MALLA - CINTAS

REFUERZO PASIVO

FORTIFICACION ACTIVA: PERMITE AL MACIZO ROCOSO SER AUTOSOPORTANTE FORTIFICACION PASIVA: SOLO SOPORTA MASA ROCOSA QUE SE PUEDE DESPRENDER.

LAS TECNICAS MODERNAS DE REFUERZO DE ROCAS SE DIVIDEN EN TRES SISTEMAS:

ROCK BOLTING - CABLE BOLTING - GROUND STRAND

Relación entre longitud y capacidad para los tres sistemas de refuerzo, asociadas a la inestabilidad Superficial : 0 a 3 m: rock bolting Prof. media : 3 a 15 m: cable bolting Profunda : 10 a 30 m: ground strand

TECNICAS DE REFUERZO

ES LA TECNICA QUE MODIFICA Y MEJORA EL COMPORTAMIENTO MECANICO DEL MACIZO ROCOSO, MEDIANTE LA INCORPORACION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMO REFUERZO EN SU INTERIOR.

ROCK BOLTING O PERNOS DE ANCLAJE

EL ELEMENTO DE ANCLAJE TIENE COMO OBJETIVO CUMPLIR TRES FUNCIONES: • SOPORTAR • CONFINAR • CONTRARESTAR EL ESFUERZO DE CORTE

MEJORAR RESISTENCIA AL CORTE

CONFINAR

SOPORTAR

REFORZAMIENTO CON PERNOS

SISTEMA DE REFUERZO MAS USADO EN ESTABILIZACION DE EXCAVACIONES SUBTERRANEA CONSUMO MUNDIAL: 500 MILLONES DE UNIDADES/AÑO 90 % SE INSTALA EN FORMA MANUAL USA 90 MILLONES CANADA 50 MILLONES AUSTRALIA 35 MILLONES

MANTIENEN EL EQUILIBRIO ORIGINAL, EVITANDO EL DESLIZAMIENTO DE BLOQUES Y DEFORMACIONES

Soporte de la Roca

Mantener Adherencia Bloque Conformar una Viga Arco de Autosoporte

¿ QUE HACEN LOS PERNOS ?

TIPOS DE PERNOS

•PERNO HELICOIDAL CON LECHADA •PERNO ESTRIADO CON RESINA •PERNO LISO LECHADO CON CABEZA EXPANSION •PERNO LISO CON CABEZA EXPANSION

FIBRA VIDRIO

RESINA BARRA

GROUT

BARRA

RESINA

SUPER

SWELLEX

BARRA

C. EXP

SPLIT

SET

CARACTERISTICAS REFORZAMIENTO CON PERNOS

VENTAJAS: ADAPTABLE A CUALQUIER GEOMETRIA BAJO COSTO FACIL INSTALACION Y MECANIZACION COMBINABLE CON OTROS SISTEMAS FUNCION: PERMITE AUTOSOPORTE DE LA ROCA EVITA DESLIZAMIENTO DE PLANOS SUSPENDE BLOQUES FIJA OTROS ELEMENTOS DE SOPORTE

FIBRA VIDRIO

RESINA

BARRA

GROUT

REFORZAMIENTO CON CABLES

EMPLEADO PARA ESTABILIZAR GRANDES VOLUMENES DE ROCA FLEXIBLES Y ALTA CAPACIDAD DE TRANSFERENCIA DE CARGA CABLE DE ACERO: ALTO CARBONO Y TERMO MECANICAMENTE TRATADO

CONFORMADO POR 7 ALAMBRES, 6 ENROLLADOS A UN SEPTIMO EN FORMA HELICOIDAL.

REFORZAMIENTO CON CABLES

VENTAJAS: FLEXIBLE Y FACIL DE DIMENSIONAR ALTA CAPACIDAD DE SOPORTE PERMITE MECANIZACION REFUERZO PERMANENTE FUNCION: AUTOSOPORTE DE LA ROCA EVITAR DESLIZAMIENTO DE PLANOS SUSPENDER BLOQUES FIJAR OTROS ELEMENTOS DE SOPORTE

REFORZAMIENTO CON GRUPO DE CABLES ANCLAJES DE LONGITUD SUPERIOR A 15 m. DISPUESTO EN ARREGLOS DE VARIOS CABLES CONFORMANDO ANCLAJES DE ALTA CAPACIDAD

SET STRAND

FORTIFICACION PASIVA RIGIDA MUY UTILIZADA HASTA LOS AÑOS 50 SE UTILIZA EN PEQUEÑA ESCALA

MARCOS DE MADERA

MARCOS DE ACERO

FORMADOS POR DOS O MAS PIEZAS DE PERFILES H EMPLEADOS EN ZONAS DONDE YA SE HA PRODUCIDO REDISTRIBUCION DE PRESIONES. PERFILES H VARIAN ENTRE 19 Y 37 KG/M

MARCOS DE ACERO DESLIZANTE

TRES SECCIONES DE PERFILES U. EMPLEADOS EN ZONAS CON PRESIONES CONSIDERABLES. PERFILES U: ACERO DE LIMITE ELASTICO 500 MPa

SHOTCRETE

ACTUA COMO AGENTE SELLANTE Y CONFINANTE DE LA RELAJACION DE LA ROCA

MALLA METALICA

ELEMENTO ACCESORIO: SE UTILIZA COMBINADO CON UN SISTEMA DE APERNADO PARA EVITAR CAIDA DE FRAGMENTOS DE ROCA SUELTA. EXISTEN DOS TIPOS MALLA • MALLA TEJIDA ROMBO Y BIZCOCHO •MALLA ELECTROSOLDADA

Medio Ambiente: sistema global, constituido por elementos naturales y artificiales, de naturaleza física, química, biológica y sociocultural, que interactúan permanentemente.

Se encuentran en constante modificación, por la acción humana o natural.

Rige y condiciona la existencia y el desarrollo de la vida.

Elementos del Medio Ambiente: geomorfología, aire, agua superficial y subterránea, flora, fauna, ruido, material particulado, paisaje, transporte.

DEFINICIONES AMBIENTALES

Impacto Ambiental: Cualquier cambio en el ambiente, adverso o beneficioso, a consecuencia de las actividades de una organización.

Contaminante: elemento cuya presencia en el ambiente, en ciertos niveles, concentraciones o períodos de tiempo constituye un riesgo a la salud de las personas, a la calidad de vida de la población, a la preservación de la naturaleza o a la conservación del patrimonio.

Contaminación: presencia en el ambiente de sustancias, elementos, energía o combinación de ellas, en concentraciones o permanencias superiores o inferiores a las establecidas en la legislación.

RESIDUOS AMBIENTALES EN TUNELES

Residuo Industrial Sólido: cualquier residuo manejado como sólido, independiente del material que se trate.

Residuo Industrial Líquido: efluente residual evacuado desde su lugar de emisión hasta un cuerpo de agua receptor.

Residuo Peligroso: presentan riesgo para la salud pública y/o efectos adversos al medio ambiente. (tóxicos, inflamables, reactivos, corrosivos, etc)

CIRCUITO AMBIENTAL

Centro

Generador

Es el túnel mismo y sus

instalaciones anexas

Lugar de

Retiro

Centro de

Manejo de

Residuos

Punto común de

recolección

Destino “final” de los residuos.

Tratamiento y

disposición final

GESTION DE RISES ACTIVIDADES Segregación Almacenamiento Transitorio Transporte Vaciado y Disposición Final en Vertederos o comercial

LOGISTICA Receptáculos de clasificación Segregación según peligrosidad y comerciabilidad Documentación Capacitación

GESTION DE RISES

No peligrosos comercializables: maderas, acero, tambores, fierro, cobre, bronce, cables, papeles y cartones.

No peligrosos no comercializables: plásticos, artefactos, arcillas, textiles, escombros de construcción, ladrillos, elementos de protección personal, cerámicas, cauchos.

Peligrosos comercializables: aceites, tambores contaminados, cilindros, baterías.

Peligrosos no comercializables: vidrios, asbestos, repuestos, tierra contaminada, químicos, fibra de vidrio.

GESTION DE RILES:

AGUA

El túnel drena agua a superficie.

El agua es recepcionada por un efluente.

Se busca no variar las características fisicoquímicas del efluente.

Requiere tratamiento previo, de su concentración de sólidos en suspensión, elementos químicos inorgánicos y orgánicos.

DERRAMES

Aceites usados, grasas y lubricantes derramados

accidentalmente, deben ser tratados en el lugar del accidente.

CALIFICACION GESTION AMBIENTAL Certificación ambiental: ISO 14.001, sistema de gestión

ambiental

Inventario de Aspectos Ambientales Significativos: definición, control, grado de significancia.

Requisitos Legales: normativa a aplicar, exigencias, Resoluciones de Calificación Ambiental, identificación permisos sectoriales.

Definición de Objetivos, Metas y Programas: definición, responsables, medios y plazos.

Medidas de Control: auditorias, control de operaciones, criterios de operación, plan de cierre, acciones correctivas.

Programas de Preparación y Respuesta a Emergencias: simulacros, revisión permanente.

Riesgo: evento probable, cuya ocurrencia produce un daño a las personas, bienes, proceso y entorno de la obra.

Incidente: acontecimiento no deseado que resulta en deterioro de la gestión, amagando el logro de los objetivos.

Bajo ciertas circunstancias puede o no terminar en pérdidas.

Accidente: suceso no deseado que resulta en daño físico a las personas, bienes, procesos y entorno. Responde a un contacto con una fuente de energía cuya potencia supera la capacidad límite del cuerpo y/o de las estructuras.

El acontecimiento no deseado, termina en una pérdida. Cuasiaccidente: el acontecimiento no deseado, no termina en una

pérdida.

Exposición (E): número de veces que el trabajador se expone a un evento en un período determinado.

Consecuencia (C) : grado de severidad que revisten los daños como

consecuencia de un accidente.

Probabilidad (P): frecuencia de ocurrencia del evento no deseado

Magnitud del Riesgo: suma de tres parámetros cuantitativos.

Representa la probabilidad de que ocurra un Incidente con

consecuencias precisas y la incidencia que tenga éste en el proceso,

considerando la vulnerabilidad para el negocio.

Su correcta determinación y aplicación requiere experiencia y

conocimiento acerca de los ítems que son sometidos a análisis.

Magnitud del Riesgo: medida que evalúa y jerarquiza el riesgo en

forma cuantitativa. f(P,E,C)

Administrar: lograr un objetivo mediante el esfuerzo ajeno.

Alcanzar la meta por los mejores medios, con el menor gasto y

mínimo tiempo, por lo común aprovechando las facilidades

existentes.

Administración de Riesgos: Estrategia destinada a evitar, reducir

y/o financiar las pérdidas incidentales que se generan en las

operaciones buscando minimizar sus efectos adversos sobre la

economía de las empresas, tanto como sobre la excelencia de sus

productos o servicios.

CAUSAS DE LOS INCIDENTES

Existencia de condiciones y acciones subestándares

Estándar es lo que está especificado en un Reglamento o en una Instrucción.

Subestándar es lo que se desvía de esa dirección.

Cuando un trabajador se desvía del reglamento o de la Instrucción, está cometiendo una Acción Subestándar

Cuando los equipos, herramientas, instalaciones, no están conforme a los diseños o especificaciones técnicas, estamos en

presencia de Condiciones Subestándares.

Acciones y Condiciones Subestándares: causa de todos los

Incidentes.

Si bien no todas las Acciones y Condiciones Subestándares

terminan en Incidentes, no se pueden permitir.

Acciones Subestándares: existen por falta de desarrollo y

fortalecimiento de los factores personales.

Condiciones Subestándares: existen por falta de desarrollo y

fortalecimiento de los factores del trabajo.

Factor Personal – Trabajador – Acción Subestándar

Factor del Trabajo – Supervisor – Condición Subestándar

FACTORES PERSONALES A DESARROLLAR Y FORTALECER POR LOS TRABAJADORES

Habilidad física

Habilidad intelectual

Capacidad de razonamiento

Conocimientos

Entrenamiento

Motivación hacia el trabajo

Planteamiento de aspectos a la supervisión

Responsabilidad hacia su persona

Compromiso con su fuente laboral

FACTORES DEL TRABAJO A DESARROLLAR Y FORTALECER POR LOS SUPERVISORES

Mantención preventiva de equipos, herramientas e instalaciones

Confección de reglamentos

Diseño de instalaciones y obras dentro de normas

Adquisición de herramientas, equipos y materiales de calidad.

En resumen:

Eliminar los incidentes significa terminar con las pérdidas

Eliminar los incidentes: controlar las Acciones y Condiciones subestándares

Controlar las Acciones y Condiciones Subestándares: desarrollar y fortalecer los Factores Personales y del Trabajo.

RIESGO CRITICO: ATROPELLAMIENTO

Reglamento Tránsito en Túnel: para conductores y peatones. Uso de cintas de confinamiento y de loros para regular el tránsito. Operadores: licencia municipal, interna y psicosensotécnica. Señalética y sistemas de comunicación (radios, semáforos), Programa de capacitación para reforzar conocimientos de las

normativas. Control en terreno: reforzar cumplimiento de procedimientos. Procedimiento escrito: requisitos, perfil, competencias del cargo y de

reemplazantes. Procedimientos de coordinación operación/mantención. Controles/observaciones aleatorios de supervisores para verificar

cumplimiento de normativa y observar conductas. Sistema evaluación: competencias y desempeño operadores

RIESGO CRITICO: INCENDIO TUNEL

Procedimiento de Emergencia para incendios en interior túnel

Procedimiento conocido para actuar en caso de incendio.

Capacitación y reinstrucción periódica a los trabajadores.

Existencia de brigadas de rescate y control de incendios.

Conocimiento de todo el personal para operar extintor, teléfonos de emergencia, autorrescatador.

Programa de simulacros de incendio para verificar el grado de conocimiento y respuesta de trabajadores y de brigadas de emergencia.

Programa de mantención de sistemas de detección y extinción de incendios.

Inspecciones para controlar estado de equipos y sistemas para control de incendios

RIESGO CRITICO: ELECTROCUCION Y CONTACTO CON ENERGIA ELECTRICA

Planos actualizados del emplazamiento y características de las instalaciones

Registros de inspecciones, control y mantenimiento de equipos e instalaciones

Instrucciones visibles: Prohíben accionamiento a personas no autorizadas.

Identificación de procedimientos a seguir en caso de incendios.

Conocimiento Primeros Auxilios a accidentado por contacto con energía eléctrica

Avisos "Peligro Corriente Eléctrica" en toda maquinaria o equipo eléctrico.

Conocimiento Procedimiento de Bloqueo y Desenergización de equipos.

RIESGO CRITICO: ELECTROCUCION Y CONTACTO CON ENERGIA ELECTRICA

Conocimiento Reglamento para intervención de líneas eléctricas: Decreto 72 Reglamento Eléctrico y Normativa Superintendencia de Electricidad y Combustible.

Personal autorizado y registrado para intervenir equipos eléctricos.

Programa de reinstrucción y capacitación para personal autorizado.

Elementos para bloqueo de equipos (candado y tarjeta) según procedimiento.

Equipos cuentan con dispositivo adecuado para la instalación de candados y tarjetas.

Libro de registro de los candados entregados: nombre del trabajador, fecha de entrega, código numérico y color.

Libro de registro de bloqueos, responsables de las intervenciones.

RIESGO CRITICO: CAIDA DE ROCAS

Jaula de protección para acuñadura, colocación de pernos y carguío de tiros.

Fortificación realizada de acuerdo a diseños y estándares previos.

Iluminación en la frente de trabajo con equipos especiales y con los equipos utilizados en el desarrollo.

Acuñadores de largo adecuado.

Práctica de tronadura específica para cada frente.

Asesoría geotécnica permanente.

Trabajadores instruidos en geotécnia básica y prácticas de acuñadura.

Observación de conductas para asegurar el correcto cumplimiento de la normativa.

RIESGO CRITICO: MANIPULACION EXPLOSIVOS Licencia de Manipuladores de Explosivos vigente. Registro actualizado de trabajadores con licencia vigente. Plan permanente de capacitación del Reglamento TRAME. Procedimiento de evacuación ante todo tipo de tronaduras. Elementos estándares para el resguardo de zonas a aislar por una

tronadura: cintas de confinamiento, letreros metálicos " PELIGRO NO PASAR DISPARO“

Conocimiento de las funciones que debe cumplir un loro. Vehículos de transporte de explosivos autorizados por

SERNAGEOMIN Letreros visibles de 20 x 80 con la palabra EXPLOSIVOS en letras de

color negro sobre fondo anaranjado, Banderolas de 40 x 40 con franjas verticales, amarillas y negras, Cadena de arrastre a tierra, dispositivo, corta- corriente, batería

aislada de modo de evitar el contacto con la estructura. Tubo de escape forrado con material antichispas ( aluminio, fibra

mineral u otra)

RIESGO CRITICO: MANIPULACION EXPLOSIVOS

Supervisores con instrumental para medición de gases y niveles de oxígeno.

Libro de tiros quedados,

Plan de inspección y observación de conductas para asegurar el cumplimiento de la normativa.

Control de salida y devolución de explosivos desde y hacia los polvorines

Plan de Emergencia para la atención de trabajadores intoxicados por gases.

RIESGO CRITICO: ATRAPADO POR EQUIPO EN MOVIMIENTO

Equipos con alarma de retroceso, balizas para su desplazamiento y focos especiales para el traslado.

Conocimiento de Procedimientos de traslado de jumbos y desplazamiento de equipos.

Inspecciones planeadas para revisar estándares de: señalización de rutas compartidas, estado y señalización de rutas de tráfico.

Operadores con licencia municipal clase D y autorizados por la Administración de la Obra.

Operadores sometidos a examen psicosensotécnico permanente.

Existencia de refugios o salvavidas.

ventilacion en tuneles parte 3

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