control de calidad en fortificacion

FORTIFICACION DE MINAS – DIPLOMADO EN MECANICA DE ROCAS JULIO 2010 1


INTRODUCCIÓN

Una parte fundamental en el proceso de fortificación es el tema de control de calidad, si se descuida este control los resultados pueden ser graves.

La operación de fortificación o sostenimiento mina, se puede dividir en tres pasos:

Características técnicas de los materiales a utilizar (calidad, resistencias, etc.).

Proceso de instalación u colocación del sostenimiento.

Control de calidad final del proceso.

Sin duda que si se cumplen estos tres pasos se puede garantizar un buen sostenimiento y por sobre todo la seguridad de los trabajadores.


CONO DE ABRAMS

Este ensayo también es conocido con el nombre de cono de Abrams tiene como objetivo medir el descenso de la masa del shotcrete. Fue ideado por el investigador norteamericano Abrams y su ejecución está regulada por la Norma NCh 1019 E Of. 74.

Este ensayo tiene mucha importancia para la aplicación de la mezcla en la mina, puesto que si la mezcla está poco fluida (menor a Cono 10), al equipo roboshot le será imposible bombearla, y si está muy fluida (mayor a Cono 20), se producirá una separación de fases y el equipó tampoco podrá bombearla. Además de acuerdo al resultado de la prueba de cono se podrá detectar un posible aumento en la relación agua/cemento, lo que puede afectar las resistencias finales de la mezcla, a no ser que se usen aditivos Súper plastificantes los cuales son reductores de agua, sin embargo aumentan los costos por la necesidad de una aplicación extra en consumo de aditivos aceleradores de fraguado ó perdida de las mezclas debido a no poder recuperarlas.


Tomar la muestra desde el camión.Herramientas:

Carretilla, Pala,

Cono, Puruña, Barra,

Huincha


La muestra en la carretilla se homogeniza o revuelve con la pala. El cono se debe llenar con 3 capas de igual altura. (1/3 para cada capa) El cono se mantiene siempre afianzado con los pies. No se debe mover


Cada capa se apisona o compacta con 25 golpes. Los 25 golpes se distribuyen en toda el área.


La capa final se enrasa con la plana. Se limpia el borde del cono.


El cono metálico se retira lentamente. Se va girando y levantando hasta sacarlo


Se mide la docilidad. Esa medida, en centímetros, es la docilidad.


Se mide desde el centro de la muestra. Se mide hasta la parte inferior de la barra.


De acuerdo a la Norma Chilena 1038 OF. 77 se deben cumplir:

Los ensayos de resistencia a la flexión y resistencia residual deben realizarse en vigas con dimensiones de 75 mm x 125 mm x 600 mm, obtenidas de paneles revestidos con mezclas de shotcrete.

Las vigas deben ensayarse bajo carga en tres puntos. Los prismas deben dejarse sumergidos en agua durante un mínimo de 3 días y deben permanecer húmedos durante la prueba.


La velocidad de deformación del punto medio de la viga debe ser 0,25 +/- 0,05 mm por minuto hasta que la deformación triplique al iniciarse la primera fisura. Después de este punto se debe aumentar la velocidad de deformación a 1,0 mm/min. Se debe graficar continuamente la curva carga – deformación (deformación en el centro).

El equipo de ensayo debe tener una rigidez tal que permita un control de deformación. Todos los puntos de soporte y carga de la máquina de ensayo deben estar redondeados con un radio de 10-20 mm. El ensayo terminará cuando se obtenga una deformación en el punto medio de 5 mm.


Determinación de la resistencia a flexión

La resistencia a la flexión debe obtenerse de la curva carga-deformación utilizando un valor máximo de carga.


La frecuencia de los ensayos debe ser la siguiente: un ensayo, es decir el promedio de ensayos en 3 vigas del mismo panel o paneles. Debe tomarse cada 300 m3 de shotcrete con fibra.

Se aceptarán los resultados del shotcrete si cumplen los requisitos mínimos de esta y la especificación en particular, sin que existiesen valores individuales que sean inferiores al 75% del resultado promedio para cada ensayo, y sin que ninguna viga de ensayo tenga una curva de esfuerzo y deformación que caiga por debajo del próximo nivel de resistencia.


La medición de resistencias tempranas y finales es un parámetro muy importante para asegurar las operaciones mineras inmediatas después de la fortificación con shotcrete.

A continuación se presentan algunas características para la toma de muestras de estos ensayos:

Estos ensayos deben ser hechos en probetas proyectadas de ensayos preparadas que tengan un diámetro de 100 mm y longitud de 100 mm, tomadas del shotcrete de la mina conforme a la norma BS1881:Parte 120. La probeta debe ser obtenida lo más cercano a las 24 horas +/- 2 horas siguientes a la colocación. Las probetas requeridas para los ensayos de resistencia a los 28 días deben obtenerse al mismo tiempo que los testigos requeridos para los ensayos a 1 día y a 7 días.


La frecuencia de obtención de probetas es de 3 especímenes para cada una de las pruebas mencionadas en el punto anterior. Deberán ser tomadas por cada 100 m3 de shotcrete proyectado. Sin embargo de acuerdo a la importancia del cumplimiento y a los resultados, estás pruebas se pueden reducir a una frecuencia de 200 m3.

Los resultados consistirán en el resultado promedio del ensayo de 3 probetas.

En casos donde el espesor nominal requerido del shotcrete sea menor que 100 mm, las probetas para la resistencia a la compresión deben tomarse en sectores que tengan un espesor real mayor a 100 mm.


El ensayo se lleva a cabo en prensas de compresión uniaxial, las que deben permanecer calibradas y la velocidad de carga no debe ser mayor que 3,5 Kgf/ Cm2 /seg.

La probeta debe ser refrendada por ambas caras con el fin de obtener caras planas y paralelismo entre las caras, además perpendicularidad de éstas con el eje del cilindro.

AQRC

Donde: RC = Resistencia Unitaria a compresión, en [Kgf/Cm2].Q = Carga de Ruptura, en [Kgf].A = Sección transversal media de la probeta, en [cm2].


Registro de Ensayo de Resistencias tempranas


Registro de Ensayo de Resistencias Finales


Registro de Comparación de ensayos con Fibra Sintética y Metálica


Una de los principales problemas que enfrenta el control de calidad y de seguridad, en la fortificación con shotcrete es el de saber si el espesor solicitado esta realmente colocado.

Al implementar cualquier método de marcaje de espesor en las frentes de trabajo hay que tener en cuenta principalmente la seguridad de los operadores que realizarán el trabajo.

El marcaje ó testeo de espesor debe ser muy próximo al término de la proyección, para asegurar que se realizó la solicitud por el Departamento De Geomecánica, para esto se crearon 4 tipos de testadores que van del rango de 1 pulgada hasta 4 pulgadas de longitud, las cuales se implementaron en la punta de la boquilla del equipo roboshot.


Testeador de acero


Testeador de Polímeros


Marca de espesor en shotcrete Proyectado


El rebote de las mezclas de shotcrete representa un gran costo agregado que debería controlarse para manejarlo al mínimo.

El rebote depende de las condiciones de las mezclas, específicamente él cono para la proyección del shotcrete, el tipo de mezcla, condiciones de la roca, experiencia del lanzado del operador y el estado de las componentes del equipo roboshot. Como parámetros principales afectos al porcentaje de rebote se pueden mencionar las condiciones de la frente de trabajo a fortificar tales como acuñadura, problemas de agua en la roca de la frente de trabajo y en menor grado las condiciones ambientales de la labor.


Generalmente el porcentaje promedio de rebote de shotcrete vía húmeda medido en terreno es del orden de 8 a 10%.


REGISTRO REBOTES Se realizan ensayos de rebote en diferentes sectores de mina El Peñón, por solicitudDe empresa TCG.

1 Cerro Martillo - Dorada Sur - Sur Nivel 1616 21/06/2009

Volumen Proyectado 2 m³ Rebote Peso Recogido

104 Kg % rebote 6,4%Volumen Teórico 1,620 m³ recuperado

2 Cerro Martillo - Dorada Sur - Norte Nivel 1616 21/06/2009



3 Quebrada Colorada - Bermellón - Nivel 1697 Norte 22/06/2009



4 Quebrada Colorada - Pampa Campamento - Nivel 1724 Norte 22/06/2009



5 Quebrada Colorada - Carmín - Nivel 1514 Norte 22/06/2009

Volumen Proyectado 4,5 m³ Rebote Peso Recogido


Promedio rebotes recuperados 5,4%

Densidad Teórica de la Mezcla Densidad Aparente de la Mezcla

2,368 Kg - m³ 1,492 Kg - m³

Rendimiento de la Mezcla

98%Ensayos realizados por personal de CESMEC S.A., los días 21 y 22 de Junio 2009

Equipos utilizados Código

Volumen cilíndrico AN - 00209

Balanza Digital 150 Kg. 105157

Balanza Digital 30 Kg. AN - 00234

Registro de Ensayo de rebote


En estos ensayos se deben cumplir ciertas normas tales como:

A menos que se indique lo contrario, el tamaño recomendado nominal de las partículas debe ser 8mm.

Los agregados gruesos y finos deben estar limpios. La granulometría óptima debe estar dentro de los límites aceptables y siempre que sea posible, dentro de los límites especificados en la curva granulométrica que se muestra en el gráfico


La fracción del agregado no debe estar excesivamente fragmentada al llegar a la obra. No debe haber más de 3% de partículas con tamaños menores que 0,075 mm (determinado según método de lavado y tamizado).

Determinar la reactividad del agregado con cementantes y aditivos (incluyendo acelerantes) mediante el método ASTMC1260.


Cabe señalar que es muy importante el ángulo de la parrilla para el harneado de la arena, ya que la inclinación debe ser tal que permita que la arena contenga los tamaños de granos y porcentajes adecuados para la fabricación de shotcrete, puesto que de acuerdo a este ángulo variarán los porcentajes pasantes en las distintas mallas y por ende se pueden mejorar ó empeorar las calidades de las mezclas.


Parrillas de Harneado de Arenas para shotcrete


Cuando los áridos cuentan con una gran cantidad de finos, lo que provoca en el proceso de fabricación final de la mezcla un consumo adicional de agua, esto puede causar un cambio en la relación agua/cemento, y posibles pérdidas de resistencias finales del shotcrete aplicado en la mina. Para evitar esto en los procesos de harneado, carga, transporte y vaciado, y por las condiciones climáticas favorables se realizan venteos naturales en los distintos ciclos que favorecen la determinación de un tamaño óptimo de los áridos usados para la fabricación de las mezclas de shotcrete.


Venteos de Finos en arenas para Shotcrete


Para observar el comportamiento de las distintas mezclas, con los distintos tipos de fibra y cantidades se realizan ensayos sobre los paneles de pruebas de determinación del contenido de fibra del shotcrete fresco según el siguiente procedimiento:


Mezcla fresca

En primer lugar se extrae una muestra de shotcrete inmediatamente después de la proyección.

Se pesa la muestra (Pm).

Se realiza el lavado de la muestra con agua para separar la fibra del árido.

Luego se lava el resto del material en un tamiz N° 60, para separar la fibra.

Posteriormente al lavado se seca la fibra al aire libre.

Una vez seca la fibra se pesa la fibra (Pf).

Luego considerando la densidad fresca (ρ).

*m

ff PP

C


Lavado de Mezcla de Shotcrete para separar la fibra


Fibra limpia lavada


Resultados entre Contenido de Fibra metálica y Sintética


El ensayo de Absorción de energía en paneles proyectados de shotcrete con fibra, quizás sea el ensayo más representativo del comportamiento del shotcrete como sostenimiento de labores en la minería subterránea, este ensayo tiene su fundamento en una probeta o panel proyectado se somete a una carga bajo el control de la flecha y se continua el ensayo hasta que se alcanza una flecha de al menos 30mm en el punto central de la probeta plana, a partir de la curva carga/flecha se calcula una segunda curva, la cual proporciona la energía adsorbida como una función de la flecha de la probeta plana.


Generación de probeta de Ensayo

Se debe producir una probeta cuadrada a partir de un panel proyectado de acuerdo a norma, para este caso se tomo como referencia la Norma europea EN-14488-1, con dimensiones de 600 mm x 600 mm y recortada con un espesor 100 mm + (0; 5) mm.

Una vez proyectadas las probetas deben ser curadas (sumergidas completamente en agua) durante 3 días, antes de realizar el ensayo y mantenerse húmedas hasta realizar el ensayo.

El ensayo debe realizarse generalmente a los 28 días.

Antes de realizar en ensayo debe anotarse cualquier anomalía que presente la probeta, como golpes, fisuras, etc.


Procedimiento Operatorio de preparación y colocación de la probeta

La carga debe aplicarse en la cara proyectada, estando el lado moldeado liso de la probeta plana en la cara inferior durante el ensayo.

Carga

La máquina de Ensayo debe funcionar con desplazamiento controlado a una velocidad constante de (1+/- 0,1) mm/min en el centro de la probeta plana.

En ensayo debe terminar cuando la flecha central exceda los 30 mm.

La carga y la flecha deben registrarse continuamente en el registrador de datos o el trazador de gráficos XY hasta que se obtenga una flecha de al menos 30 mm.


Representación de la carga y flecha en ensayos de absorción de energía

A= carga en kNB= Flecha en el centro en mm


Expresión de Resultados

A través de la curva carga/flecha debe calcularse el diagrama de energía que proporciona el trabajo desarrollado como una función del desplazamiento.

La capacidad de la absorción de energía en joule se describe como el área bajo la curva carga/flecha entre 0 mm y 25 mm de la flecha.


Resultados de capacidad de Absorción de Energía

A= Energía en joule.B= Flecha en el centro, mm.E= Capacidad de Absorción de energía.


Pruebas y Resultados Absorción de Energía Fibra sintética y metálica


Paneles de Absorción de Energía


La idea de realizar un ensayo de tracción a pernos fibras y de acero helicoidales es de simular las condiciones reales de funcionamiento de estos puestos en la roca y además de verificar la calidad de los elementos utilizados.

Como condiciones del ensayo, en los dos extremos se colocan mordazas redondas, además se aplica una velocidad de desplazamiento de 10 mm/min.


Perno fibra helicoidal Antes de Ensayar


Configuración del Ensayo en Laboratorio


grafico de carga v/s deformación, el cual fue efectuado hasta una carga lo suficientemente alta para obtener la fractura de la muestra.


Perno fibra helicoidal Después de Ensayar


Perno fibra Ensayado en Terreno


Ensayo de Resistencia de la Placa:

Se realizó un ensayo de tracción a la placa ó planchuela, la idea es de simular las condiciones reales de su funcionamiento.

Como condiciones del ensayo se aplica una velocidad de desplazamiento de 10 mm/min, y el elemento para realizar el ensayo es un perno de acero de 22 mm de diámetro y una tuerca fundida para perno de 22 mm.


Planchuela Antes de Ensayar


resultado del ensayo de tracción, el cual fue efectuado hasta una carga lo suficientemente alta para efectuar la falla de alguno de los componentes del conjunto.


Ensayo de resistencia de los hilos:

Este ensayo mide la tracción de la resistencia del hilo de la tuerca, con la idea de simular las condiciones reales de funcionamiento. Como condiciones del ensayo, un extremo del perno se sujeta con mordazas y el otro extremo se sujetó con un disco que tiene una perforación con diámetro similar al diámetro del perno helicoidal, luego se enrosca una tuerca y se aplicó una velocidad de desplazamiento de 10 mm/min, la barra utilizada para el ensayo fue una barra helicoidal de 22 mm.


Tuerca Después del Ensayo


Acopio de Materiales

Un concepto primordial de la calidad de la fortificación, es el acopio de materiales, a continuación algunos consejos para el buen uso y el acopio de los materiales:

Siempre hay que tratar de llevar una cantidad suficiente para realizar la operación de fortificación (“No excesiva”).

Una vez realizado la operación retirar los materiales a una bodega de acopio, con condiciones ambientales adecuadas para su conservación.


Llevar un control de la recepción de los materiales que ingresan a bodega y utilizar los mas antiguos.

No ocupar materiales oxidados (pernos, cables, mallas), ni vencidos (caso cemento).


Mal acopio de materiales


Recomendaciones de Almacenamiento


Almacenamiento Correcto

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