INTRODUCCIÓN

El sostenimiento de las labores subterráneas es una tarea de grandes proporciones y de gran complejidad, donde el fin principal es garantizar la seguridad y la eficiencia de los métodos de explotación empleados por los que realizan las labores de extracción del mineral.

Una de las condiciones necesarias para que el sostenimiento se realice eficientemente luego de realizada una excavación, es la correcta indagación y evaluación estructural del macizo rocoso, este es el punto de inicio confiable para seguir en la tarea de seguridad y productividad que se ha trazado en el planeamiento del minado.

CONDICIONES DE INESTABILIDAD EN LAS EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

Se ha hablado de las condiciones de estabilidad de las labores, ahora es necesario conocer las diversas circunstancias de inestabilidad que entre muchas podemos mencionar a los siguientes:

Calidad del macizo rocoso Mal diseño en el trazo de la perforación y voladura Mala disposición de los elementos de soporte

CALIDAD DE MACIZO ROCOSO

Las labores mineras subterráneas y superficiales, cuyos componentes son estructuras complejas; para ejecutar dichas labores mineras, es necesario poseer el máximo conocimiento del macizo rocoso.

Es un requisito básico y fundamental que todo trabajador de mina debe conocer su ambiente de trabajo, esto implica el conocimiento de la calidad de la roca y la manera de contrarrestar su potencial riesgo de desprendimiento.

CONDICIONES DE INSTABILIDAD EN LAS EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO

1.- Diseño basado en la experiencia que ha mostrado ser exitosa. 2.- Diseño basado en métodos de la especialidad de Geomecánica y  Mecánica de Rocas, que cuantifican y modelan el comportamiento roca-soporte.

Para adecuar un método de sostenimiento es necesario tener una evaluación geomecánica del macizo rocoso y existen para ello diversos sistemas como:

Clasificación geomecánica de DEERE.- Índice RQD (designación de la calidad de la roca), provee un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa, a partir de testigos de la perforación diamantina

El RQD se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos de testigo mayores que 10cm y dividiendo esta cantidad entre la longitud total de perforación.

RQD= TROZOS <10cm. Longitud total de perforación

Clasificación geomecánica de BIENIAWSKI.-Valoración de la masa rocosa RMR (rock mass rating) Aplicable a la estimación del sostenimiento, al tiempo de autosostenimiento y los parámetros de resistencia de la masa rocosa.

Los siguientes 6 parámetros son usados para clasificar una masa rocosa con el sistema RMR.

Resistencia compresiva de la roca intacta Índice de calidad de la roca RQD Espaciamientos de las juntas o discontinuidades Condición de las juntas Presencia de agua Orientación de las discontinuidades

Estos factores se cuantifican de acuerdo a una serie de valores que se les da, cuya suma nos da el RMR que varía entre 0-100.Los objetivos de esta clasificación son:• Determinar y/o estimar la calidad del macizo rocoso.• Dividir el macizo rocoso en grupos de similares características• Facilitar la planificación y el diseño de estructuras en roca, proporcionando datos cuantitativos, para una solución real de sostenimiento.

Clasificación geomecánica de BARTON.- Índice de calidad tunelera (Q) para la determinación de las características de la masa rocosa y de los requerimientos de sostenimiento de túneles.

Q=RQD x Jr x Jw Jn Ja SRF

RQD: Designación de la calidad de la roca Jn: Numero de sistemas de juntasJr: Numero de rugosidad de las juntas

Ja: Numero de alteración de las juntasJw: Factor de reducción de agua en las juntasSRF: Factor de reducción de los esfuerzos

Tabla 5: Pautas para la excavación y sostenimiento de un túnel rocoso de 10 m de ancho de acuerdo con el sistema RMR (Según Bieniawski, 1989)

CATEGORIAS DE SOSTENIMIENTO

CATEGORIAS DE SOSTENIMIENTO DE ABERTURAS PERMANENTES

Basadas en el índice de calidad tunelera Q (Según Grimstad y Barton, 1993)

SOSTENIMIENTOEs todo lo que sirve para contener el desprendimiento de trozos de roca y proteger al personal, impidiendo el derrumbe de los techos y de las paredes de las labores mineras.

ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO

Son aquellos elementos mediante los cuales vamos a dar una mayor estabilidad y vamos a mantener la capacidad de resistir las cargas que producen las rocas, llámense los esfuerzos en los perímetros de la excavación.

CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO

Mediante el estudio de las condiciones geomecánicas del macizo rocoso se puede establecer los planes a seguir para garantizar la instalación adecuada de las fortificaciones.

El usar elementos de sostenimiento no es otra cosa que asegurar el control sobre los esfuerzos que se originan debido a las excavaciones subterráneas.

SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO

Usualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y materiales utilizados para mejorar la estabilidad y mantener la capacidad de resistir las cargas que producen las rocas cerca al perímetro de la excavación subterránea. Se puede clasificar a los diversos sistemas en dos grandes grupos:

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

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

Dentro de los pasivos tenemos mallas, cimbras, cuadros de madera, shotcret (concreto lanzado) gatas hidraulicas(sostenimiento temporal), puntales de madera.Y dentro de los activos tenemos los pernos cementados, split set, cables bolting, pernos helicoidales.

PERNOS DE ROCA

Los sistemas de reforzamiento con pernos de roca minimizan las deformaciones inducidas por el peso muerto de la roca aflojada, así como también aquellas inducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a la excavación. En general, el principio de su funcionamiento es estabilizar los bloques rocosos y/o las deformaciones de la superficie de la excavación, restringiendo los desplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes.

En roca masiva o levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal de los pernos de roca es el control de la estabilidad de los bloques y cuñas rocosas potencialmente inestables. Ésto es lo que se llama también el “efecto cuña”.

El efecto cuña

Cuando los bloques o cuñas son aislados solo amerita estabilizarlas con pernos aislados, a esto es lo que se denomina también, sostenimiento aislado o esporádico, de lo contrario lo usual será el sostenimiento sistemático en todo el techo y/o paredes de la excavación, según sea requerido.En roca estratificada sub-horizontal y roca no estratificada con un sistema dominante de discontinuidades subhorizontales, los pernos ayudan a resistir el desplazamiento relativo entre los estratos, aumentando la rigidez de la viga estructural que forman y creando ligazón entre los bloques tabulares, para minimizar la deflexión del techo. Esto es lo que se llama también el “efecto viga”. Este concepto puede se extendido al caso de paredes paralelas a estratos o discontinuidades subverticales, generando el denominado “efecto columna”, para minimizar el pandeo de los bloques tabulares.

En roca fracturada e intensamente fracturada y/o débil, los pernos confieren nuevas propiedades a la roca que rodea la excavación. Instalados en forma radial, cada perno crea un bulbo de resistencia, el cual al interactuar con los bulbos de los pernos adyacentes forman un arco rocoso portante que trabaja a compresión denominado “efecto arco”, el mismo que da estabilidad a la excavación.

TIPOS DE PERNOS

Actualmente hay disponibles diferentes tipos de pernos de roca. Varios tipos de pernos muestran solo diferencias menores en su diseño y son básicamente variedades de un mismo concepto. Según las técnicas de anclaje que se utilizan, podemos agruparlos de la siguiente manera: pernos anclados mecánicamente, pernos de varillas cementados o con resina y pernos anclados por fricción. Aquí presentamos los pernos representativos de cada grupo, que son los más utilizados en la industria minera.

Para el caso de los pernos cementados o con resina consideramos a las varillas de fierro corrugadas y las barras helicoidales, para el caso de los pernos anclados por fricción consideramos a los split sets y los swellex.

PERNOS DE ANCLAJE MECANICOS

Un perno de anclaje mecánico, consiste en una varilla de acero usualmente de 16 mm de diámetro, dotado en su extremo de un anclaje mecánico de expansión que va al fondo del taladro. Su extremo opuesto puede ser de cabeza forjada o con rosca, en donde va una placa de base que es plana o cóncava y una tuerca, para presionar la roca. Siempre y cuando la varilla no tenga cabeza forjada, se pueden usar varios tipos de placas de acuerdo a las necesidades de instalación requeridas.

Este tipo de pernos es relativamente barato. Su acción de reforzamiento de la roca es inmediata después de su instalación. Mediante rotación, se aplica un torque de 135 a 340 MN (100 a 250 lb/pie) a la cabeza del perno, el cual acumula tensión en el perno, creando la interacción en la roca.

Pernos de roca con anclaje de expansión 5/8´´

La placa base de forma curva y con perforación central cónica, junto con la tuerca de base esférica, puede adaptarse a las irregularidades de la superficie rocosa, actuando como rótula. No es necesario construir bases de apoyo con

mortero, o equivalentes, ni usar golillas para ajustar desviaciones de la ortogonalidad entre la barra helicoidal y placa.El diámetro de instalación no es crítico para su instalación.

Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:

• Su uso es limitado a rocas moderadamente duras a duras, masivas, con bloques o estratificada, sin presencia de agua. En rocas muy duras, fracturadas y débiles no son recomendables, debido a que el anclaje podría deslizarse bajo la acción de las cargas. En rocas sometidas a altos esfuerzos tampoco es recomendable.

• El diámetro del taladro es crítico para el anclaje, recomendándose un diámetro de 35 a 38 mm para los pernos comúnmente utilizados.

• Pierden su capacidad de anclaje como resultado de las vibraciones de la voladura o el astillamiento de la roca detrás de la placa, debido a altas fuerzas de contacto, por lo que no es recomendable utilizarlos en terrenos cercanos a áreas de voladura. Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal. Si son utilizados para reforzamiento permanente, éstos deben ser protegidos de la corrosión si hay presencia de agua y deben ser post-cementados con pasta de cemento entre la varilla y la pared del taladro.

• Proporcionan una tensión limitada que raramente sobrepasan las 12 TM.

Especificaciones

Roscas de 5/8”Diámetro de la perforación 32 – 38 mmProfundidad de la perforación - Longitud del perno más 50 mm‘’Torque’’ torsión instalada - 136 - 272 NM (100 - 200 Ft. Lb.)

PROCEDIMIENTOS DE INSTALACIÓN

Primero el equipo técnico de apoyo de mina debe determinar el patrón adecuado de los pernos, a continuación se perforan los taladros, se colocan las varillas en los taladros, se fijan los anclajes y luego las placas de base son ajustadas mecánicamente.

La resistencia de los pernos, su longitud, la colocación de los anclajes, así como también el contacto de la placa base con la superficie rocosa, son todos críticos para crear la interación de la roca.El tensionamiento de los pernos de anclaje mecánico es un aspecto importante, para ello se puede usar una llave de impacto o una perforadora. A medida que gira la tuerca, se fija el anclaje y la tuerca comienza a empujar al perno contra la superficie de la roca. Como la tuerca empuja sobre la placa, ésta a su vez presiona contra la roca, tensionando la varilla. El perno instalado va a retener esta tensión, haciendo que la placa del perno presione activamente contra las piezas de roca enla superficie de la excavación; las piezas de roca en la superficie interactúan con otras piezas creando zonas de interacción. Es esta interacción la que hace que las piezas de roca actúen como piezas o bloques más grandes de roca, dando lugar a la creación de una masa rocosa estable, la misma que interactúa alrededor de la excavación. Sila varilla perdiera tensión, los pernos de anclaje se volverían ineficaces. En áreas donde hay oportunidad que caigan piezas pequeñas de roca, el enmallado debe ser considerado como un elemento adicional.

Las recomendaciones referentes a la Tensión al Momento de la Instalación;

Conversión kN X 225 = Lbs X .00445 = Kn

Pérdida de la Tensión y la Resistencia - Instalación Angulado;

Ejemplo Tensión de la instalación = 180 Ft. - Lb. Acero C1060 Cabeza forjada

PERNOS DE VARILLA CEMENTADOS O CON RESINA

  Fluencia Tensión Instalada MIN MIN MAX

ACERO

DIÁM.

(LBS)

(KN) (LBS)

(KN) (LBS)

(KN)

C1060

9/16’’

13,600

60.5 6,800 30.25 10,880

48.4

Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo biselado,que es confinado dentro del taladro por medio de cemento (en cartuchos o inyectados), resina (en cartuchos) o resina y cemento. El anclaje entre la varilla y la roca es proporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, por tres mecanismos: adhesión química, fricción y fijación, siendo los dos últimos mecanismos los de mayor importancia, puesto que la eficacia de estos pernos está en función de la adherencia entre el fierro y la roca proporcionada por el cementante, que a su vez cumple una función de protección contra la corrosión, aumentando la vida útil del perno. De acuerdo a esta función, en presencia de agua, particularmente en agua ácida, el agente cementante recomendado será la resina, en condiciones de ausencia de agua será el cemento.

Dentro de este tipo de pernos, los de mayor utilización en el país son: la varilla de fierro corrugado, generalmente de 20 mm de diámetro y la barra helicoidal de 22 mm de diámetro, con longitudes variables (de 5' a 12'). La primera es ya un tipo de perno convencional en nuestro medio, la segunda es de reciente introducción en la industria minera. La barra helicoidal, tiene la forma de una rosca continua a lo largo de toda su longitud, esta característica le da múltiples ventajas comparada a la anterior. Entre otros, su mayor diámetro le confiere mayor resistencia y su rosca constante permite el reajuste de la placa contra la pared rocosa. La capacidad de anclaje de las varillas de fierro corrugado es del orden de 12 TM, mientras que de las barras helicoidales superan las 18 TM.

BARRA HELICOIDALLa barra helicoidal ha sido diseñada para reforzar y preservar la resistencia natural que presentan los estratos rocosos, suelos o taludes. Consiste en una barra de acero con resaltes en forma de hilo helicoidal de amplio paso, que actúa en colaboración con un sistema de fijación formado por una placa perforada de acero y una tuerca. La inyección de concreto, mortero o resina en la perforación del estrato en que se introduce la barra sirve de anclaje, actuando el hilo como resalte para evitar el deslizamiento de la barra. Ello da como resultado un conjunto altamente resistente, sometido a esfuerzo de compresión. Su uso esta orientado a perforaciones de diámetro como promedio de 36 mm. La barra helicoidal esta diseñado para incrementar la capacidad de transferencia de carga.

PROCEDIMIENTOS DE INSTALACIÓNPuede realizarse con perforadora manual neumática o jumbo electrohidraulico.La longitud de perforación debe ser menor a la longitud del perno para permitir la instalación del sistema de fijación plancha tuerca. Si se decide por resina los pernos a usar tienen un corte a bisel de 45° para facilitar la rotura de los cartuchos.

Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:

Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usados como refuerzo permanente, pero también pueden ser utilizados como refuerzo temporal en varias condiciones de roca, desde rocas de buena a mala calidad, constituye el mejor sistema para rocas de muy mala calidad y también para rocas en ambientes de altos esfuerzos. En presencia de discontinuidades abiertas y/o vacías, no es recomendable su uso a menos que la inyección de la pasta de cemento pueda ser chequeada.

Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere varios días de curado antes que el perno trabaje a carga completa, pero apropiadamente instalados son competentes y durables, con alta resistencia en condiciones de roca dura. Estos pernos tienen larga vida útil y constituyen el sistema más versátil de pernos de roca. El uso de varillas con cemento inyectado es frecuentemente el sistema de sostenimiento más barato, pero no se debe usar en taladros con agua y tampoco se debe tensar inmediatamente. El diámetro requerido por los taladros es de 32 a 36 mm.Aseguramiento de tuerca y plancha sobre el perno.Revisión de la perforación que se encuentre libre de elementos que puedan obstruir la instalación del perno que tenga la longitud especificada la rugosidad que presenta la pared de la perforación es un factor importante ya que si es poco rugoso o esta cubierta de material suelto puede reducir significativamente la adherencia entre roca y anclaje.La planchuela y la tuerca se colocan una vez que el cemento y/o la resina han logrado su fraguado

Especificaciones técnicas

Presentaciones de 9 y 12 metros y de 22 a 25 mm. de diámetro Dimensiones y tolerancias

Diámetro Nominal mm Masa Kg/m

22 2.98

25 3.85

Paso del hilo mm

Ancho de resalte mm

11.09 +0.1-0.2 3.6 +0.5-0.3

12.5 +0.1-0.2 4.6 +0.5-0.3

Propiedades Mecánicas• Resistencia a la tracción, min: 70.3 kg/mm2 • Alargamiento mínimo: 7%

Ventajas • El sistema barra helicoidal, permite desarrollar un anclaje de alta

resistencia en un amplio rango de calidades de roca, por lo que se puede transmitir cargas elevadas a través de la barra, incluso en estratos rocosos de calidad geotécnica regular.

• La inyección de lechada o resina protege a la barra de la corrosión, al mismo tiempo que le asegura la adherencia permanente a la roca. Para usos habituales, en ambientes de baja agresividad, no requiere de protección adicional contra la corrosión.

• El diámetro de instalación no es crítico para su instalación.

Controles en pernos helicoidales Para Atacocha• Los diametros de perforación deben estar entre 32 y 35 mm• Se coloca en el tope del taladro 2 bolsas de cenemento, luego 2 de

resina y finalmente 6 de cemento• Se realizan pruebas periódicas con el quipo pull tester, el cual debe

arrojar 2ton/pie minimo• El perno debe estar completamente lleno de cemento

PERNO DE ROCA CON RESINA

Estos pernos con resinas se usan para terrenos con filtraciones o con cartuchos de cementos para terrenos humedos a secos usando pernos de 5 a 10 pies de longitud y de 19mm de diámetro.las resinas y catalizadores, los que están contenidos en forma separadas dentro de ampollas de plástico, estas cápsulas son empujadas dentro del agujero mediante bastones, a continuación se introduce la barra aplicándole movimientos de rotación, esto provoca la rotura de las ampollas y la resina se mezcla con el catalizador

Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usados como refuerzo permanente, pero también pueden ser utilizados como refuerzo temporal.En varias condiciones de roca, desde rocas de buena a mala calidad, constituye el mejor sistema para rocas de muy mala calidad y también para rocas en ambientes de altos esfuerzos. En presencia de discontinuidades abiertas y/o vacías, no es recomendable su uso a menos que la inyección de la pasta de cemento pueda ser chequeada. Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere varios días de curado antes que el perno trabaje a carga completa, pero apropiadamente instalados son competentes y durables, con alta resistencia en condiciones de roca dura. Estos pernos tienen larga vida útil y constituyen el sistema más versátil de pernos de roca. El uso de varillas con cemento inyectado es frecuentemente el sistema de sostenimiento más barato, pero no se debe usar en taladros con agua y tampoco se debe tensar inmediatamente. El diámetro requerido por los taladros es de 32 a 36 mm.

CARTUCHOS DE RESINA

Cuando se usa resina, sea ésta de fraguado rápido (menos de 30 segundos) o fraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a carga completa en más o menos 5 minutos, permitiendo así pretensar el perno e instalarlo en presencia de filtraciones de agua. La resina viene en cartuchos con el catalizador separado de la resina y por efecto de la rotación del perno al momento de introducir al taladro, éstos se mezclan generando el fraguado. Este sistema proporciona una alta capacidad de carga en condiciones de roca dura, resistente a la corrosión y a las vibraciones del terreno y brinda acción de refuerzo inmediato después de su instalación, aunque su costo es mayor que los pernos cementados (en cartucho o inyectado). El diámetro del taladro es crucial para el mezclado y fraguado de la resina, para varillas de 20 mm el diámetro máximo debe ser 32 mm.

Especificaciones de la Resina:

DIMENSIONES - 28 x 30.5 mmTIEMPO DE FRAGUA RÁPIDA ( 1 - 2 minutos, color negro )LENTA ( 4 - 6 minutos, color crema )

• La gelificación es el intervalo de tiempo requerido por la resina para cambiar de un estado líquido viscoso a un gel.

• Corresponde a una primera etapa de la fragua integral o curado de los cartuchos de resina que se consolidará a medida que transcurra el tiempo.

• Para efectos de cálculo, el tiempo de fragua integral de la resina refiere un tiempo aproximadamente igual al cuatro veces el tiempo de la gelificación.

• La gelificación de los cartuchos de resina es más rápido cuando las temperaturas exceden los 12.7° C y es más lenta cuando las temperaturas son menores a 12.7 ° C.

• La gelificación es relativo a la temperatura del ambiente, de la roca, perno y cartucho.

Resistencias mínimas de los Cartuchos de Resina;Compresión uniaxial 86,9 MPaTracción 22,1 MPaCizalla 52,0 MPaVencimiento / Almacenaje 1 año - 10 a 25 C0

PRUEBAS DE ARRANQUE DE PERNOS HECHO DE BARRA DE CONSTRUCCIÓN LAS PAUTAS IMPORTANTES

INSTALACIÓN CON LECHADA DE CEMENTOa. El tiempo de fragua de 48 horas es recomendadob. Verifica la mezcla de la lechada de cemento que esta de acuerdo con las normas para este trabajo de .3:1 hasta .45:1 agua: cemento por peso.c. Que los pernos estén bien instalados y con lechada por toda su longitud, lo mas critico son los pernos instalado en vertical cuando sea instalado con una lechada menos gruesa.

INSTALACIÓN CON CARTUCHOS DE CEMENTOa. El tiempo de fragua de 24 horas es recomendadob. Verificar la longitud del perno grouteado. Remover la platina de apoyo y verificar la longitud del perno sin lechada al dentro con un alambre para tener la longitud de la zona lechada.c. El tiempo de fragua y la resistencia del perno se puede ser afectado por los siguientes:

1. Diámetro de la perforación. Diámetro óptimo es de 32 mm2. La presencia de infiltraciones de agua en la masa rocosa3. La humedad ambiental en el área de la instalación4. La temperatura de la roca, mas fría = mas lento la fragua

* Verificar los procedimientos de la instalación, que los cartuchos estén remojados en agua por un mínimo de 5 minutos antes de la instalación en la perforación

INSTALACIÓN CON CARTUCHOS DE RESINA Y CARTUCHOS DE CEMENTOa. Las pautas más importante con una instalación con cartuchos de resina 1. Diámetro de la perforación 32 - 36 mm, Diámetro optimo es de 32 mm 2. Tiempo de la rotación de 20 segundos a una velocidad máxima de la perforadora 3. Después el tiempo de rotación el perno debe quedar sin movimiento por un minutob. El tiempo de fragua y la resistencia del perno se puede ser afectado por lo siguientes: 1. Diámetro de la perforación. Diámetro óptimo es de 32 mm 2. Temperatura del cartucho, de la roca y ambiental, optima 10 - 20 C 3. Tiempo de la rotación, 20 - 25 segundos, menos rotación = mas tiempo de fragua 4. Edad y condición del producto. Tiempo de vigencia de 6 meses 5. Guardar los cartuchos en un lugar fresco y seco, evitar la exposición directa a la luz del sol

6. Cartuchos de resina no se encuentran afectados por la presencia o infiltraciones de aguac. Antes de hacer las pruebas esperar por el tiempo de fragua, utiliza los siguientes tiempos :1. 1 minuto (Rápida) 30 minutos 2. 2 - 5 minutos (Lenta) 4 horasd. La combinación de resina rápida y cartuchos de cemento

1. Instalación primero de 1 cartucho de cemento seguido con un mínimo de dos cartuchos de resina al fondo de la perforación, llenar la perforación con cartuchos de cemento.

La relación entre el agujero y el tamaño del perno tiene un efecto grande en la eficacia del refuerzo acabado.

Diámetro de perforación recomendado = de la barra + 10 a 15 mm: Pernos helicoidales 22mm ----------------------Perforaciones 32 – 36 mm Pernos helicoidales, corrugados 19mm ----- Perforaciones 32 – 34 mm

Cuando se usa resina, sea ésta de fraguado rápido (menos de 30 segundos) o fraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a carga completa en más 0 menos 5 minutos, permitiendo así pretensar el perno e instalarlo en presencia de filtraciones de agua.

La resina viene en cartuchos con el catalizador separado de la resina y por efecto de la rotación del perno al momento de introducir al taladro, éstos se mezclan generando el fraguado.

Resistente a la corrosión y a las vibraciones del terreno y brinda acción de refuerzo inmediato después de su instalación, aunque su costo es mayor que los pernos cementados (en cartucho o inyectado).

FÓRMULA PARA CALCULAR LA LONGITUD EFECTIVA DEL MORTERO

Temperatura vs. Tiempo de fraguaEl efecto de la temperatura (resina, roca y pernos)es muy importante con relación al tiempo de fragua. En condiciones de bajas temperaturas se debe realizar más rotación para compensar ésta, también, guardar los cartuchos en un área a temperaturas (15-20° C)

TIPOS DE CARTUCHO DE RESINATambién se pueden instalar las varillas combinando la resina de fraguado rápido con el cemento (en cartuchos o inyectado). En este caso, la resina va al fondo del taladro y el resto es llenado con lechada de cemento o cartuchos de cemento. Una de las razones para emplear este sistema es disminuir los costos. En general es importante chequear la calidad del cemento y de la resina antes de su uso, desde que son muy sensibles al almacenamiento subterráneo por largos periodos de tiempo, éstas tienen una vida limitada indicada por el fabricante.

INSTALACIÓN DE PERNO CON CARTUCHO DE RESINAInsertar un mínimo de dos cartuchos de resina rápida al fondo de la perforación y la resina lenta o cartuchos de cemento para llenar la perforación. Girar el perno a máxima rotación por un mínimo de 20 segundos.Es necesario aumentar el tiempo de rotación cuando las temperaturas son inferiores o cuando las velocidades de la rotación son menores.El perno debe quedarse en su colocación hasta que se alcance el tiempo de fraguado. Si el perno se desliza a través de la resina podría disminuir la resistencia final.No se debe rotar el perno después de que se ha completado el primer periodo de rotación. Esperar el tiempo de fragua de la resina rápida sin movimiento por un mínimo de 1 minuto.

Ejemplo, para un Perno 19.5mm (20) de diámetro, cartucho 28 x 305, perforación de 32mm

Cartucho de cemento

Especificaciones

Dimensiones 30 x 305 mm, Embalaje 50 cartuchos / cajaDiámetro d e perforación = diámetro de la barra +10 a 25mmTiempo de fragua 24 h normal 8 h rápida para una resistencia>10 tn/pie^3Peso por caja 17kg

Resistencias mínimas de Cartuchos de Cemento;Compresión uniaxial 60 MPaTracción 20 MPaCizalla 50 MPaVencimiento / Almacenaje 6 meses en lugar seco

INSTALACIÓN DE PERNO CON CARTUCHO DE CEMENTO

Primero, el equipo técnico de apoyo de mina debe determinar el patrón adecuado de los pernos, a continuación se perforan los taladros.Cuando se usa inyección de cemento, después de la perforación se introduce la varilla dentro del taladro. Luego se coloca la pasta de cemento utilizando un tubo hueco de PVC, que se introduce asegurándolo ligeramente a la varilla. La pasta se inyecta mediante el uso de una bomba y se va retirando el tubo de PVC conforme se va inyectando. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el perno. El tensionado se deberá ejecutar como mínimo 48 horas después de colocado el perno, salvo el uso de acelerantes de fragua. La relación cemento/agua ideal de la pasta de cemento es de 3.5:1 en peso, lo cual equivale a 16 litros de agua por 45 kilos de cemento.

Cuando se usa cartuchos de cemento (cemento con aditivos especiales en un envase plástico), se debe limpiar el taladro, luego se introducen los cartuchos previamente remojados con agua hasta llenar el taladro. Después se introduce la varilla hasta unos 50 cm, doblándola ligeramente, a fin que ésta pueda romper mejor los cartuchos y producir mejor mezcla al momento de introducir girando

la varilla por acción de la perforadora. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el perno, el tensionado se deberá ejecutar como mínimo 48 horas después de colocado el perno, salvo el uso de acelerantes de fragua.

Cuando se usa resina, el procedimiento es similar a los cartuchos de cemento, pero en este caso, una vez perforado y limpiado el taladro, se introducen primero los cartuchos de resina de fraguado rápido hasta el fondo y luego los cartuchos de resina de fraguado lento. La cantidad de cartuchos estará determinada por el diámetro y longitud del taladro, de la varilla y de los cartuchos de resina. El fabricante proporciona las cantidades recomendables, el objetivo es que todo el taladro quede rellenado. Es importante en este caso que se produzca una buena mezcla de la resina con el catalizador, para que la adherencia de la varilla con la roca sea eficaz. Esto se logra mediante la rotación de la varilla con la perforadora durante 10 a 15 segundos, tal como se indicó en el párrafo anterior, para el caso de los cartuchos de cemento. Finalmente se coloca la placa, pudiéndose tensionar de inmediato, por efecto de la fragua rápida. Posteriormente el fraguado lento actuará con la varilla tensionada.

Cuando se usa resina y cemento, se colocan los cartuchos de resina de fraguado rápido en el fondo del taladro y se completa el resto con pasta de cemento o cartuchos de cemento, siendo el resto del procedimiento similar a los antes mencionados.

Un aspecto final esta referido al tensionamiento de los pernos. Cuando la masa rocosa ha estado sometida a intensa deformación, es recomendable el tensionamiento. Cerca de los frentes de avance, donde la masa rocosa pueda presentar deformación subsecuente significativa o cuando están presentes altos esfuerzos, no es recomendable el tensionamiento.

Split Set

Consiste en un largo tubo compresible de acero de alta resistencia, ranurado en toda su longitud, en un extremo es mas delgado, para facilitar su introducción en el taladro y en el otro extremo tiene un anillo soldado para su instalación y retener la placa.

Este elemento de sostenimiento desarrolla la estabilidad de la roca por fricción; como el tubo cortado es forzado en el hueco perforado, la acción de instalación comprime el tubo generando una fuerza radial contra la roca, lo que genera una resistencia al deslizamiento entre la roca y el acero y presenta las siguientes ventajas:

• Es simple y rápido para instalar . • No se puede tensar y se activa por el movimiento de la roca.• En algunas oportunidades, donde se ha requerido un soporte por largo

tiempo, se han presentado problemas por oxidación. • El dispositivo no puede ser inyectado con mortero.

PRINCIPIO FÍSICO MECANICO DEL FUNCIONAMIENTO

• El perno estabilizador es insertado en una perforacion de diámetro menor, la que actúa como una matriz comprimiendo el estabilizador al diametro de la perforacion, cerrando parcialmente la ranura durante el proceso.

• La compresión sobre el estabilizador genera fuerzas radiales de confinamiento que se extienden en toda la longitud de contacto con la roca que lo contiene.

Especificaciones

• Longitudes : 4’ – 5’ – 6’ – 7’ • Diámetro externo ( E ) : 39 - 39.5 mm • Ahusado ( A ) : 30 - 34 mm • Longitud ahusado ( B ) : 70 mm• Espesor acero ( D ) : 2.3 mm• Ranura ( C ) : 14 mm• Anillo Ø : 6 mm

Placa de sujeción C : 40 mm B : 4.5 mm A : 15 mm

La resistencia de un “split set” puede variar por el:

  Tipo de roca (el “Split Set” tiene desempeño favorable en rocas Tipo II y

III (RMR >50,GSI: F/R, MF/R, MF/P). Diámetro de perforación ( recomendable 36 – 38 mm ) Presencia de fallas y fracturas. Angulo de instalación del “Split Set” formado con la superficie de la roca

a soportar.

Control de calidadPruebas de confinamiento

Estas pruebas determinan la capacidad de confinamiento del perno sobre la roca. Se evalúa a través de la medida del módulo de expansión del perno, es decir, el esfuerzo expansivo ejercido por el perno hacia las paredes del taladro, este parámetro se obtiene en laboratorio, ejerciendo una carga paulatinamente creciente sobre el perno y midiendo su nivel de desplazamiento.

CARGA - DESPLAZAMIENTO

0

500

1000

1500

2000

2500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

DESPLAZAMIENTO (mm)

CA

RG

A (

Kg

s)

InstalaciónUna vez definido el patrón de los pernos, se perforan los taladros, verificándose que sean un poco más largos que los pernos. Luego, se hace pasar la placa a través del tubo ranurado y se coloca el extremo del tubo en la entrada del taladro.

Se saca el barreno de la perforadora y se coloca el adaptador o culatín, acoplándose éste al otro extremo del tubo. Se acciona la perforadora la cual empuja el tubo hasta pegar la platina contra la roca.

Longitud y espaciamiento de los elementos de sostenimiento

La longitud y espaciamiento (malla) de los elementos de sostenimiento depende de la calidad de la roca, la presencia de fracturas y fallas; y el tiempo de vida útil de la labor.

Algunos métodos para determinar la longitud de un Perno para Roca

a) La profundidad de las capas (X) a soportar, longitud del perno ( L) = X + 0.75 m.

b) Dimensión de los bloques (X) a soportar, longitud del perno (L) = X + 0.75 m.

c)  L = 1.4 + (0.15 X W) por L = longitud del perno, W = Ancho de la apertura en metros.

Otras recomendaciones:Techo 1/3 de W = Longitud pernoParedes 1/5 de Altura = Longitud perno

Resistencia en tracción en la zona anclada de los Elementos de SostenimientoResistencia en tracción y la capacidad de la zona de anclaje máxima de los sistemas de sostenimiento, medido para una profundidad de 1,5 metros (5') y por 305mm (1') del extremo del perno.

L = 1.4 + (0.75MxW)L = X + 0.75M

SHOTCRETE

• Los primeros trabajos con shotcrete se realizaron en EE.UU. por la compañía Cement-Gun en 1907

• El concreto lanzado fue inventado por el norteamericano Carl Ethan Akeley.

• La compañía Cement-Gun patento con el nombre de ´´Gunita´´.• El termino concreto lanzado fue definido por primera vez por la

Asociación Americana de Ingenieros de Vías en los años 30.• Para el año de 1951 el concreto lanzado se convirtió en el nombre

genérico oficial del proceso.

¿Que es el shotcrete?• Es el concreto obtenido mediante la mezcla de cemento, agregados,

agua, aditivos y elementos de refuerzo; el cual es lanzado con una bomba proyectora empleando un flujo de aire comprimido hasta la superficie de la roca.

• El shotcrete es una mezcla de arena, cemento y aditivos, en proporciones definidas, que se coloca mediante impulsión neumática, lanzándola a alta velocidad contra una superficie determinada.

Operario aplicando el Shotcrete• Velocidad de salida de la manguera debe ser 100m/s• El shotcrete es impulsado por aire comprimido

Aplicación del Shotcrete Aplicamos shotcrete para resolver problemas de estabilidad en túneles

y en otras construcciones subterráneas. Sostenimiento y Estabilidad de taludes

Las principales características que indican al concreto lanzado como un elemento efectivo de sostenimiento son:

El concreto lanzado previene la caída de pequeños trozos de roca de la periferia de la excavación, evitando el futuro deterioro de la roca.

Mantiene el entrabe de las posibles cuñas o bloques sellando las discontinuidades o grietas producidas por la voladura.

La acción conjunta del concreto lanzado y la roca produce una fuerza tangencial en la interfase, que impide que la roca y el concreto lanzado se deformen independientemente.

Excelente adherencia a materiales tales como roca, lo que permite colocarlo tanto en superficies verticales como sobrecabeza.

El concreto lanzado aplicado correctamente, vía húmeda o vía seca, es un material de construcción sólido y durable, del que se puede obtener un concreto denso, con relaciones agua/cemento bajas, de alta resistencia, baja absorción, buena resistencia al intemperismo y buena adherencia.

Su empleo se debe a razones de costo o conveniencia, al desarrollo de resistencia a edades temprana y final, a su flexibilidad en la aplicación.

Ofrece ventajas en diversas situaciones, por ejemplo, cuando se dan las siguientes circunstancias: · El costo de la cimbra es muy caro o se requieren cimbras con formas imprácticas · Se puede reducir el número de cimbras o eliminarlas.

PRINCIPALES ADITIVOS

Los principales aditivos pueden ser clasificados como sigue:a) Plastificantesb) Acelerantesc) Estabilizadoresd) Microsílice

a) PlastificantesLos plastificantes son aditivos que ayudan a la bombeabilidad o fluidez del concreto. En el proceso en húmedo un material plástico bombeable es deseable pero ello no debe ser generado por el incremento del contenido de agua. Si la relación agua/cemento es demasiado alta, el cemento se diluirá y el concreto se debilitara. Altos rangos de reducidores de agua son usados para obtener la fluidez sin exceso de agua.

b) AcelerantesLos acelerantes del shotcrete son productos que son añadidos al mismo, segundos o minutos antes que sea aplicado a la superficie. Estos vienen en una variedad de formas pero los del tipo líquido son usados tanto en los procesos en húmedo y seco.

c) EstabilizadoresSon productos químicos que detienen o estabilizan el proceso de hidratación. Mezclados con el concreto estos estabilizadores pueden extender la vida útil de cerca de 12 a 18 horas hasta 72 horas, posteriormente un producto excitador puede ser introducido en el inyector despertando al concreto dormido, retornándolo a su punto normal de hidratación.

d) MicrosiliceEl microsílice es un subproducto de la producción silica del acero. Este aditivo es considerado como muy buen complemento del cemento, hace que la mezcla sea pegajosa y produce un concreto más denso. La razón de ello es su fineza. El cemento portland tiene una fineza de cerca de 400 mallas, la microsilica es 100 veces mas fina que ese cemento

Los métodos de aplicación de shotcrete se pueden dividir en dos:

Vía seca Se mezclan cemento, agregados –secos o con una humedad natural de 3 a 6%–, fibras metálicas, si están especificadas, y, en su caso, aditivos en polvo –por ejemplo, microsílice–, hasta conseguir una perfecta homogeneidad. La mezcla se carga en la máquina lanzadora, en ese momento se pueden agregar

los aditivos acelerantes en polvo para conseguir resistencias iniciales altas y disminuir el rebote.

El equipo introduce el material hacia la manguera, mediante el uso de aire comprimido. El material es transportado a gran velocidad por el aire comprimido hacia la boquilla.

Vía húmeda En el concreto lanzado vía húmeda se mezclan el cemento, los agregados, el agua, las fibras tanto metálicas como de polipropileno y los aditivos, exceptuando el acelerante, hasta conseguir una mezcla homogénea, con la trabajabilidad adecuada y el revenimiento mínimo para poder ser bombeada.

El concreto o mortero se carga en la tolva de la máquina lanzadora y se introduce hacia la manguera de transporte. El material se transporta hacia la boquilla por presión hidráulica, desplazamiento mecánico similar al del concreto bombeado (flujo denso) o mediante aire comprimido (flujo diluido).

¿Vía Seca o Vía Húmeda?

Aunque ambos métodos de concreto lanzado tienen ventajas específicas, los avances en la tecnología de materiales y equipo hacen a ambos procesos casi intercambiables. En la mayoría de las aplicaciones, el método preferido está determinado por:

– Economía– Disponibilidad de material y equipo– Acceso a la obra– Experiencia y preferencia del contratista

Hoy en día, los niveles de rebote y polvo así como la resistencia y durabilidad pueden ser similares independientemente de qué método se utilice.

Comparaciones entre los dos métodos:

FACTORES MEZCLA SECA MEZCLA HUMEDA

EQUIPO Bajos costos de inversión. Mayor costo de inversión.

Mantenimiento simple y poco frecuente

- Rinde mayor producción.

- Difícil de limpiar. - Más fácil de limpiar.- Equipo compacto y adaptable en túneles con espacios limitados.

- Consume 60% menos de aire comprimido.

MEZCLA Se hace frecuentemente en el sitio de trabajo o se lleva la mezcla seca preparada.

La dosificación de la mezcla es más precisa dado que el agua forma parte de esta.

No hay buen control de la relación agua-cemento.

 - Mejor control de la relación agua-cemento. 

RENDIMIENTO - En promedio 5m3/hora. - En promedio de 2 a 10 m3/hora, con manipulador mecánico puede alcanzar 20 m3/hora.

MEZCLA Se hace frecuentemente en el sitio de trabajo o se lleva la mezcla seca preparada.

La dosificación de la mezcla es más precisa dado que el agua forma parte de esta.

No hay buen control de la relación agua-cemento.

 - Mejor control de la relación agua-cemento. 

REBOTE Puede ser entre 15-40% en paredes verticales y entre 20-40% en la bóveda.

Generalmente es 10% en promedio, o menos. 

- Alta pérdida de agregados y cemento.

 - Poca pérdida de materiales.

CALIDAD - Alta resistencia debido al ratio bajo entre agua-cemento.

-Ratio agua-cemento, es alto.

- La mezcla depende de la adición del agua que es regulada por el operador manualmente.

- Mezcla homogénea.

VELOCIDAD DE IMPACTO

- Alta, buena adhesión y fácil de aplicar

-Adecuado para el trabajo en minería.

ADITIVOS - En polvo para agregar a la mezcla seca.

- Generalmente líquido, se mezcla con el agua.

POLVO -Alta producción de polvo, puede ser reducida teniendo el agregado con una humedad promedio de 5 a 6%.

-Muy poco polvo y mejor visibilidad. 

- Da buenos resultados en zonas con poca agua.

- En zonas con agua no pega la mezcla.

DISEÑO DE MEZCLALa mezcla de concreto debe contener los siguientes porcentajes de componentes :

Cemento peso. : 15 - 20% en peso. Agregado fino (max. 9.5 mm.) : 40 - 50% Agregado grueso (max. 12.5 mm.): 30-40% Relación agua/cemento:

- Mezcla seca : 0.3 - 0.5 - Mezcla húmeda : 0.4 - 0.6

Acelerante : 15 lt/m³

ANTES DE SU APLICACIÓNPreparar la superficie de aplicación con un buen desatado, de ser posible perfilando la superficie.

Lavado de la superficie para quitar el polvo, puede ser con agua o aire comprimido, también se obtendrá una superficie húmeda la cual es favorable para la aplicación.

Colocación de calibradores (2 Unid/m²) para el control del espesor.

Aplicación Del Shotcrete: • La distancia entre el operario y la superficie a cubrir debe ser de

aproximadamente 1.5m. • El operario debe elegir una presión de aire tal que el flujo del material

pueda adaptarse a esa presión, una alimentación insuficiente de la mezcla producirá brotes del material en vez de un flujo continuo y una alimentación exagerada provocará atascamiento de la máquina.

• Si se fuese a aplicar más de una capa, antes de aplicar la capa siguiente se debe limpiar la anterior para una buena adherencia

• Respecto al ángulo de lanzado, como regla general, la boquilla debe ser dirigida perpendicularmente a la superficie rocosa.

• Cuando se aplique en presencia de agua se debe colocar taladros de drenaje fijados con tubos de plástico los cuales ayudaran a liberar las altas presiones de agua.

Consideraciones Para El Shotcrete:

REBOTE: El rebote esta formado por los componentes que no se adhieren a la superficie en tratamiento, existen muchos fundamentos teóricos y prácticos para su evaluación, el porcentaje de rebote depende de:

• Relación agua/cemento.• Granulometría de la mezcla.• Habilidad del operador• Presión de agua.• Densidad de aplicación.• Velocidad de proyección

CURADO: Al igual que el concreto, el shotcrete también debe ser curado de tal manera que su resistencia potencial y su durabilidad sean completamente desarrolladas. El mejor método de curado es mantener húmedo el shotcrete continuamente por 7 días, utilizando para tal fin el agua. El curado natural puede ser considerado siempre y cuando la humedad relativa del lugar sea mayor de 85%.CONCRETO LANZADO CON FIBRA

• La fibra se mezcla como si fuera un agregado adicional. Estas fibras pueden ser de acero, vidrio, materias sintéticas, textiles, etc.

• La proporción de esta fibra la recomienda el proveedor, pero es bueno realizar pruebas hasta obtener la óptima proporción.

• Una de las desventajas del concreto lanzado normal, es su baja resistencia a la tensión, y muchas veces se ve agrietado por los movimientos de la roca después de fraguado el concreto, por lo que es conveniente usar fibra.

VENTAJAS DE USAR FIBRA

• Mejoran sus propiedades mecánicas del concreto, haciendo que disminuya su fragilidad, en combinación con pernos de anclaje aumenta su capacidad portante.

• Aumenta la ductilidad del concreto después de su fisuración.• Aumenta la resistencia a la rotura y la capacidad de absorción de

energía ocasionada pro la roca.• Aumenta la resistencia a la tracción.• Aumenta la resistencia a la aparición y propagación de grietas por

contracción.• Aumenta la resistencia al impacto y a la cizalladura.• Mejora el comportamiento a la flexo tracción.• Aumenta la durabilidad del concreto.

COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO ROCIADO

El concreto rociado es un material cohesivo y alcanzar mayor resistencia que un concreto convencional con proporción de mezcla similar, esta característica se obtiene por el grado de compactación que recibe como consecuencia de la velocidad de impacto, con la que el “chorro” de la mezcla se lanza sobre la superficie rocosa.

La progresión de resitencia en base a una mezcla de concreto prevista para obtener una resistencia a la compresión a los 28 dias (f ’c =250Kg/cm2) , se encuentra en la siguiente tabla

TIME TRANSCURRIDO RESISTENCIA 2Hr 14 a 18 Kg/cm2

12Hr 50 a 56 Kg/cm2

24Hr > 100 Kg/cm2

Una capa delgada de concreto rociado aplicada sobre superficies irregulares, actúa de una manera significativamente diferente que un arco de espesor continuo.

Los esfuerzos tensionantes en el concreto rociado tienen mayor probabilidad de ocurrencia en las vecindades del área de influencia de pernos de roca y en puntas o sobresalientes rocosas.

En un revestimiento de espesor continuo los esfuerzos tangenciales trabajan a la compresión , mientras que en un revestimiento sobre superficies irregulares , en algunas partes de la capa de concreto rociado ocurren tensiones de estiramiento secundarios a las fuerzas compresivas que tienen acción en otras partes

1. Esfuerzo cortante del concreto 2. Esfuerzo cortante a lo largo del contacto Roca concreto.3. Esfuerzo tangenciales en el concreto4. Rotura por tensión en el concreto debido a un alto estiramiento

tensiónate en el vértice, por un bajo esfuerzo cortante en el contacto Roca-Concreto.

Control de Calidad en el Concreto ProyectadoLa evaluación deberá realizarse sobre la base de los ensayos de resistencia a la compresión uniaxial a los 3(15Mpa) – 7(21Mpa) días, se considera los siguientes aspectos:

1. Control de espesor mediante la cubierta de calibradores.2. El sonido al golpe del martillo geológico debe ser metálico.

MALLAS

La malla metálica es utilizada, para prevenir la caída de rocas ubicadas entre los pernos de roca, actuando en este caso como sostenimiento de la superficie de la roca tambien, para retener los trozos de roca caída desde la superficie ubicada entre los pernos, actuando en este caso como un elemento de seguridad; asimismo sirve como refuerzo del shotcrete.

Existen dos tipos de mallas: la malla tejida (eslabones o entrelazada) y la malla electrosoldada (soldada).

Tipos de Malla

La malla tejida: es flexible y tiene gran capacidad para tomar cargas. Sin embargo, es mas difícil de manipular durante la instalación y no es recomendable usarla con shotcrete, debido a la dificultad de eliminar las bolsas de aire entrampadas detrás de las uniones de las malla.

MALLA DE ESLABONESSe trata del tipo de malla que se utiliza para cercas y consiste en un tejido de alambre, y por la misma forma de tejerse es bastante flexible y resistente, generalmente de # 12/10, con cocadas de 2”x2” ó 4”x4”, construida en material de acero negro que puede ser galvanizada para protegerla de la corrosión..

Las mallas electrosoldadas: son mas rígidas y son mas fáciles de instalar, la malla electrosoldada es usada tradicionalmente como refuerzo del shotcrete, pero esta siendo reemplazada por el uso de fibras metálicas aplicadas con el shotcrete ; en general la malla soporta las piezas pequeñas de roca suelta que esta a punto de caer

MALLA SOLDADALa malla soldada es la que se utiliza para reforzar el concreto lanzado y consiste en una cuadrícula de alambres que están soldados en sus puntos de intersección, generalmente de # 10/08, con cocadas de 4”x4”, construidas en material de acero negro que pueden ser galvanizada.

Instalación 1. Señalar el área donde deberá instalarse la malla.2. Desatar todo bloque suelto del área donde se instalará la malla.

3. Presentar la malla utilizando de ser necesario gatas o puntales.4. Anclar definitivamente con pernos de roca.5. Asegurar la malla utilizando la misma platina del perno, si éste aún no ha

sido instalado, o arandelas a presión o segunda platina de retén y tuerca, si el perno ya fue instalado.

6. Acomodar o moldear la malla a la forma de la superficie de la roca utilizando ganchos de fierro corrugado de 3/8”, colocados en taladros de 0.5 m de longitud.

7. Evitar en lo posible superficies con la malla suelta, especialmente cuando se contempla la aplicación del shotcrete sobre la misma.

8. Los traslapes entre mallas serán como mínimo 20 cm y deben estar asegurados con pernos de anclaje, con un amarre inicial de alambre #8.

9. En áreas de altos esfuerzos, deben eliminarse los empalmes horizontales de la malla metálica en el tercio inferior de los hastiales, estos traslapes deben efectuarse a una altura mínima de 2.5 m respecto al nivel del piso. Los empalmes verticales en estos casos deben reforzarse con varillas de fierro corrugado de 3/8” y 0.7 m de longitud.

10.Cuando el uso de la malla es puntual, se puede recortar la malla para su manipulación sencilla.

11.La malla es muy propensa a dañarse fácilmente con la voladura, siendo recomendable reemplazarla, recortando los pedazos dañados y colocando una nueva.

CIMBRAS METALICAS

Los arcos metálicos, denominados también como cerchas o cimbras, es un sistema pasivo de sostenimiento debido al hecho que los arcos de acero no interactúan con la roca de la misma forma que como ocurre con los pernos ; en este caso, los elementos se hacen parte de la masa rocosa.

Este tipo de sostenimiento está formado por una estructura fabricada con vigas y perfiles metálicos para soporte rígido.Las cimbras son construidas según los requerimientos en forma de la excavación, es decir, en forma de baúl, herradura o incluso circulares Se recurre a este tipo de soporte en casos extremos, donde la roca presenta grandes dificultades durante el proceso de excavación Como: zonas de rocas fuertemente fracturadas, cruces en el núcleo de fallas, contactos con agua o materiales fluyentes Estos soportes son altamente efectivos para resistir cargas pesadas, incluso después que se han producido fuertes deformaciones.Si no están bien colocados, en contacto continuo con el medio rocoso, son ineficientes y propensos a torcerse bajo cargas excéntricas.

SE REDUCEN EN DOS TIPOS DE CIMBRAS MAS USADASDenominadas “rígidas” y las “deslizantes”.

Las rígidas usan comúnmente perfiles como la W, H, e I, formadas por dos o tres segmentos unidos por platinas y pernos con tuerca.

Las deslizantes usan perfiles como las V y Ω formadas usualmente por tres segmentos, la sección superior se desliza entre los elementos laterales. Los elementos tensores se aflojan y los arcos se deslizan y convergen; de esta manera los esfuerzos se aminoran y se eliminan las deformaciones.

Cimbras Respecto a Carga de RocaSiendo el ancho de la excavación (B) y la altura (H) se puede obtener el siguiente cuadro:ESTADO DE LA ROCA

CARGA DE ROCA

RECOMENDACIONES PARA EL TIPO DE CIMBRA

Sana o intacta 0Requiere cimbra continua, liviana, de dos piezas, si se producen astillamientos o bloques de roca explosiva.

Sana estratificada oesquistosa

0 a 0.5B Cimbra continua, liviana de dos piezas si es necesario.

Masiva o moderadamente fisurada

0 a 0.25BRequiere cimbra continua, liviana de dos piezas.

Moderadamente fragmentada

0.25B a0.35(B+H)

Cimbra de arco sobre pared, no hay presión lateralRequiere cimbra continua, liviana, de

Sana o intacta 0 dos piezas, si se producen astillamientos o bloques de roca explosiva.

Sana estratificada oesquistosa

0 a 0.5B Cimbra continua, liviana de dos piezas si es necesario.

Masiva o moderadamente fisurada

0 a 0.25BRequiere cimbra continua, liviana de dos piezas.

Moderadamente fragmentada

0.25B a0.35(B+H)

Cimbra de arco sobre pared, no hay presión lateral

PARTES DE LA CIMBRA

INSTALACIÓN DE ARCOS

• Cuando En una labor se van a instalar las arcos (cimbras) deberá tener las siguientes consideraciones:

• Para instalar el arco primero se debe de realizar dos zanjas de profundidad media (0.3 m aprox.) cada una, lugar en el que ira la pata de la cimbra.

• Luego de ello se pararan las cimbras con la ayuda de un scoop (si el caso lo amerita).

• Una vez que las cimbras hallan sido presentadas se coloca los pernos, debiendo estar ajustados con un torque de 5 toneladas.

• Terminada de parar dos cimbras se debe de colocar bolsas con relleno hidráulico en los hastíales, hasta una altura de 1.5 m.

• A continuación se sueldan las planchas acanaladas en la corona de las cimbras y los hastíales (hasta la altura donde se coloco las bolsas con relleno hidráulico).

• A continuación se procede a terminar de rellenar con bolsascrete el espacio vacío entre la roca y las planchas acanaladas.

• Si es necesario se instalan soleras (esto queda a criterio del ingeniero de geomecánica).

• Culminado de colocar todas los arcos se procede a realizar una zanja a todo lo largo de los mismos, con la finalidad de construir un muro de concreto lateral. Este muro debe de ser de 20 cm. de ancho, una altura mínima de 1.8 m. (sobresaliendo 1.5 m).

• El tiempo de instalacion debe ser en un tiempo minimo, debido a la presión sobre el techo y paredes

• Asegurar el techo, lo cual se podrá realizar mediante la colocación de shotcrete temporal o marchavantes de ser necesario para una buena instalacion.

 • Las cimbras deben estar correctamente apoyadas y sujetas al piso,

debiéndose mantener su verticalidad, para esto es necesario, asegurar con cándamos anclandolos contra la pared a la cimbra.

 • Las siguientes cimbras a colocar se asegurarán con los tirantes y se

protegerán en forma sistemática con el encostillado.

• La estabilidad de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para esto se debe reforzar utilizando bossacreto, bolsas de relleno para que haya una transferencia uniforme de las cargas rocosas sobre las cimbras.

Elementos Vigas en Arco de 2 ò 3 piezas La sección de la viga es “ W “ las mas usuales Son: W 4x 13 (arcos ligeros) y W 6x20 (arcos semi pesados). Los espaciamientos entre arco y arco lo usual es de 1.o a 1.50 m. Los arcos son conectados con “tirantes” (varillas de fierrro corrugado de

1” de diàmetro. El topeo se realizaba con material de madera actualmente usamos los

“bolsacreto”. También colocamos el “encostillado” el arco con tablones de madera ò

de plancha acanalada. Los pies del arco van sobre un dado de concreto. ò se construye un

muro de concreto ambos lados de acuerdo al terreno que se soporte. Carga vertical de 6 a 12 TM / m2

CUADROS DE MADERA

Estos son utilizados para sostener galerías, cruceros y otros trabajos de desarrollo, en condiciones de roca fracturada a intensamente fracturada y/o débil, de calidad mala a muy mala y en condiciones de altos esfuerzos. Si las labores son conducidas en mineral, el enmaderado debe ser más sustancial para mantener la presión y el movimiento de roca en los contornos de la excavación.

Los principales tipos de cuadros que usualmente se utilizan son: los cuadros rectos, los cuadros trapezoidales o denominados también cuadros cónicos y los cuadros cojos. Todos estos son elementos unidos entre sí por destajes o por elementos exteriores de unión, formando una estructura de sostenimiento.

Elementos del cuadro de MaderaSolera.- Es el elemento colocado en la parte inferior del cuadro, sirve para oponer al terreno una mayor área de sustentación y para mantener a un mismo nivel los postes. Su sección puede ser redonda o rectangular y de longitud variable de acuerdo al tipo de trabajo para el cual va a ser utilizada la galería, lleva destajes en los extremos para empalmar los postes. Poste.- Son las piezas columnares del cuadro, son elementos fundamentales del sostenimiento, sufren compresión paralela a la fibra, en presencia de presiones laterales trabajan a la flexión estática. Al igual que las soleras la longitud de estas piezas depende de la altura de la galería, y de la naturaleza del trabajo minero , también llevan destajes para evitar desplazamientos de las otras piezas del cuadro .  Sombrero.- Es el elemento que trabaja como viga, se le coloca en la parte superior del cuadro, debe las necesarias medidas como para trasmitir sin deformarse, la carga del techo a los postes Trabaja sólo a flexión y su longitud está en función del ancho de la galería, su sección puede ser redonda o rectangular Tirantes.- Son piezas simples colocadas en forma horizontal en la parte superior entre dos cuadros para evitar que se junten o separen por alguna fuerza externa, pueden ser de sección redonda o rectangular, no llevan destajes y su longitud varía entre 4 y 6 pies, lo cual determina la distancia entre cuadros, por lo cual acortan o agrandan el área a sostener que se forma entre ambos.

Tipos de cuadro

Cuadros rectosSon usados cuando la mayor presión procede del techo. Están compuestos portres piezas, un sombrero y dos postes, asegurados con bloques y cuñas, en donde los postes forman un ángulo de 90° con el sombrero. En ciertos casos los postes van sobre una solera. Estos cuadros están unidos por los tirantes, los cuales determinan el espaciamiento de los mismos, que varía de 2 a 6 pies según la calidad del terreno. Para completar el sostenimiento se adiciona el encribado en el techo, generalmente con madera redonda y el enrejado en los hastiales con madera redonda, semiredonda o entablado.

En labores de avance horizontales o subhorizontales, los postes son instalados verticalmente y en labores con buzamiento (en mineral), los postes son instalados en forma perpendicular al buzamiento, de tal manera que el sombrero quede paralelo a las cajas.

Cuadros cónicosSon usados cuando la mayor presión procede de los hastiales. La diferencia con los cuadros rectos, solo radica en el hecho de que en los cuadros cónicos se reduce la longitud del sombrero, inclinando los postes, de tal manera de formar ángulos de 78° a 82° respecto al piso, quedando el cuadro de forma trapezoidal.

Cuadros cojosEstos están compuestos por solo un poste y un sombrero. Se utilizan en vetas angostas menores de 3 m de potencia. Su uso permite ganar espacio de trabajo. Pueden ser verticales o inclinados según el buzamiento de la estructura mineralizada. Estos cuadros deben adecuarse a la forma de la excavación para que cada elemento trabaje de acuerdo a las presiones ejercidas por el terreno.

Instalación 1. Si el cuadro lleva solera, ésta se coloca en primer término, cuidando su

horizontalidad y separación con respecto a la solera del cuadro anterior. 2. Cuando no se va a poner solera, se hacen unos huecos en el piso

(“patillas”) para colocar el extremo inferior del poste; en caso de armarse los cuadros sobre terreno blando , se utilizan tablones de madera llamados plantillas para que el poste no se hunda en el terreno y pueda tenerse una mayor área de sustentación. 

3. Se paran los postes. 4. Para mantener los postes en correcta posición (inclinación,

perpendicularidad, etc.) puede hacerse mediante tablas que se clavan y sostienen debidamente los postes. 

5. Se pone el sombrero y los tirantes. 6. Se procede al encribado y al blocado. 7. Se enrejan los cuadros. 8. Cuando no llevan destajes los elementos principales del cuadro, para

colocar los tirantes se clavan cuñas en los postes, y sobre ellas va el tirante de tal manera que está colocado entre el sombrero y el poste, generalmente para evitar posibles desplazamientos del tirante se le clava al poste.

Puntales

Es el tipo más común de sostenimiento, donde un simple poste de madera es fijado verticalmente en una abertura para sostener el techo o perpendicularmente al buzamiento de una veta para sostener la caja techo (en buzamientos echados) o ambas, la caja techo y la caja piso (en buzamientos empinados), previniendo así la falla de la roca y el cierre de la excavación. Para el sostenimiento de las falsas cajas en vetas angostas, los puntales son elementos valiosos.

GATASLas gatas mecánicas son generalmente utilizadas como sostenimiento temporal en las labores subterráneas para proteger a los trabajadores y equipos y contrarrestar el peligro de caídas de roca antes de la instalación del sostenimiento permanente. Estos pueden ser trasladados como se avance la excavación.Las gatas son instaladas después de la limpieza de la labor y antes de empezar la perforación en cualquier actividad en el área de trabajo .Cuando el turno de trabajo finaliza y el sostenimiento permanente ha sido instalado, las gatas mecánicas son retiradas y almacenadas en un lugar donde no sean afectadas por la voladura y para evitar inconvenientes al limpiar el mineral o desmonte.

LOS JACKPOT

Consiste en un plato de acero que se coloca a uno de los extremos del puntal y luego es inflado a altas presiones con agua y aire de mina.El Jackpot es un elemento pretensionado aplicable con los puntales de madera, de tal manera de que luego de su instalación optimiza el trabajo del puntal dándole mayor sostenimiento. El puntal trabaja de manera activa e inmediata sobre la roca después del inflado.El Jackpot incrementa el rendimiento de los puntales, llegando estos a trabajar entre 20 y 40 toneladas de sostenimiento.

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