UNIVERCIDAD ALAS PERUANASFACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA ACADEMICO PROFECIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

TEMA : diseño de las sección típica de un túnel y servicios que se requiere en la construcción de un túnel.

DOCENTE: ING. RAFAEL OCAS BOÑON

ALUMNOS:

SALDAÑA ALIAGA, LEIDER CALDERONQUEVEDO JHON PABLO TORIBIO FERNANDEZ FRANCISCO SANCHES CHAVEZ WILSON V ALDIVIESO SOTOMAYOR ROBERTO GERMAN RAMIREZ,MAURICIO MADUENO CHUMPITAS, CARLOS ROJAS PEREDA, WILMER

CICLO – VI

DISEÑO DE LA SECCION TIPICA DE TUNELES

INTRODUCCIÓNLa mayoría de los túneles se construyen

para salvar un obstáculo natural y permitir elacceso a vías de comunicación para transporte urbano (metros), transvases y conducciones; o para unir islas o estrechos y para pasos fluviales, en cuyo caso el trazado se efectúa bajo una lámina de agua.

Para el diseño de un Túnel primero se debe realizar un estudio Geológico – Geotécnico del sector donde se lo proyecta, en esto la mecánica de rocas juega un papel fundamental en la clasificación del macizo rocoso e incluso estableciendo un prediseño con los elementos necesarios para el sostenimiento del túnel en función a la altura de carga (zona de aflojamiento) después de la excavación, con estos datos ya se podría estimar el costo de la obra tunelera lo cual resulta muy útil para poder ver su viabilidad de esta alternativa. Los estudios geológicos-geotécnicos son absolutamente necesarios para poder proyectar y construir una obra subterránea.

Criterios para el diseño de un Túnel

Las investigaciones geológicas de lostúneles son, en general, más costosas que en otras obras de ingeniería civil. Sin embargo, el no dedicar suficientes medios a estos estudios puede conducir a situacionesimprevistas:

“Cuando el terreno no se investiga, el terreno es un riesgo”.

La inversión adecuada en los estudios

geológico- geotécnicos depende de la

complejidad geológica, longitud del túnel,

espesor de recubrimientos, etc. y puede

llegar al 3 % del presupuesto de la obra;

por debajo de este porcentaje aumentan los

casos de túneles con problemas y, por

encima los imprevistos son mínimos

Al perforar un túnel se puede encontrar tres tipos

de Condiciones Naturales que dan lugar a la

pérdida de resistencia del macizo y, por tanto, a

problemas de estabilidad :

1) Orientación desfavorable de discontinuidades.

2) Orientación desfavorable de las tensiones con

respecto al eje del túnel.

3) Flujo de agua hacia el interior de la excavación

a favor de fracturas, acuíferos o rocas carstificadas.

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS

1) Orientación desfavorables de las discontinuidades

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS

Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones de túneles en roca

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS

2) Orientación desfavorables de tensiones

Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones de túneles en roca

3) Filtraciones hacia el interior de la excavación

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLÓGICAS

Condiciones naturales de inestabilidad en excavaciones de túneles en roca

LA CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES COMPRENDE LAS SIGUIENTES FASES:

Excavación y limpieza. La primera de las fases consiste en la excavación del túnel en la que se retira el material de la traza del túnel con una sección bruta igual a la sección neta del túnel.Sostenimiento. El sostenimiento del túnel consiste en la colocación de una estructura que evite el colapso de las tierras recién excavadas. Dependiendo del tipo de material, puede no ser necesario. Revestimiento.

Consiste en el cubrimiento del sostenimiento de la estructura, proporcionando el acabado final a la superficie del túnel.  Instalaciones. Por último, se ejecutan las instalaciones que sirven para la explotación del tráfico durante la vida útil de la estructura. En estas instalaciones se incluyen la iluminación, en caso de ser necesaria, los sistemas de ventilación, las instalaciones de gestión del tráfico, los equipos de lucha contra incendios, la señalización y los sistemas de seguridad vial.

¿Qué es sostenimiento?

Se entiende por sostenimiento al conjunto de Procedimientos que permiten mantener las cavidades que se forman como resultado de la explotación de los recursos Minerales y mantener seguro durante el tiempo que se desee.

¿Por qué es importante el sostenimiento?

El sostenimiento en minería subterránea es muy importante ya que por naturaleza del trabajo toda labor que se hace en el interior de la mina se realiza en espacios vacíos, inestabilizados producto de la rotura de la roca o mineral extraído; para lograr que se mantenga nuevamente estable y en condiciones de trabajarla la zona debe redistribuir sus fuerzas para ello es necesario apoyar inmediatamente con el refuerzo o sostenimiento adecuado, considerando el tipo de rocas, fallas de relleno, fallas abiertas etc.

Tipos de sostenimiento:

Los sostenimientos en una labor  pueden ser pasivos y/o activos,

Dentro de los pasivos tenemos:mallas, cimbras, cuadros de madera, shotcret (concreto lanzado) gatas hidráulicas (sostenimiento temporal), puntales de madera.

Dentro de los activos:son todos aquellos que están directamente dentro del macizo rocoso como: pernos cementados, split set, cables bolting, pernos helicoidales.

El revestimiento se coloca con posterioridad al

sostenimiento y consiste en aplicar sobre dicho

sostenimiento una capa de hormigón, u otros

elementos estructurales, con el fin de proporcionar resistencia a largo plazo al

túnel y dar un acabado regular, mejorando su funcionalidad (condiciones aerodinámicas, impermeabilidad, luminosidad, albergar Instalaciones y propiciar la estética de la

obra).

REVESTIMIENTO

17

Diagramas típicos de excavaciones, de acuerdo al objetivo y uso que se le de.

a. Perfil circular. Hidráulico

b. Perfil doble circulo. Hidráulico

c. Perfil curvo con piso recto tipo herradura. Hidráulico/vial

d. Perfil nórdico tipo baúl. Minería/hidráulico

18

e. Perfil rectangular. exploratorio

f. Perfil trapezoidal. minería

g. Doble conducto. Vial

19

h. Conductos gemelos. viali. Dos niveles con piso de trabajo. vial

20

21

SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUS DENOMINACIONES

PROCESO CONSTRUCTIVO (DEMOLICIÓN Y EXCAVACIONES)

La ejecución se puede dividir en dos fases bien diferenciadas, la construcción de la contrabóveda circular y la construcción del revestimiento en bóveda.La situación de partida para la construcción de la contrabóveda en los tres túneles ha sido una solera plana de hormigón armado, así pues la primera operación necesaria es la demolición de la misma de modo que pueda comenzarse la excavación.

Como paso previo a la excavación de la contrabóveda es necesario asegurar el apoyo de los revestimientos o sostenimientos preexistentes, de modo que no se vean afectados por lasoperaciones de excavación mientras éstas duren.Con ese objeto se han anclado al terreno dichos elementos mediante bulones, ejecutados en loshastiales.Una vez asegurados los revestimientos, se comienzan las operaciones de excavación, siempremediante martillo neumático o rozadora pese a la dureza del material, con el fin de no provocarmayor fracturación en el macizo.

La excavación hasta sección circular se realiza en dos fases, con el objeto de minimizar la alteración de la roca que deberá estar en contacto con la contrabóveda. En la primera de ellas se pica y retira material hasta dejar una excavación en forma de artesa. De esta forma es posible realizar una parte de los trabajos sin descubrir los materiales que formarán el perfil de excavación definitivo, por tanto se evita su desecación y consiguiente alteración y se minimizan los cambios en su estado tensional.

Con el mínimo retraso respecto a la primera fase se procede a las operaciones de refinado del macizo hasta la sección circular definitiva. En estas operaciones se emplean martillos neumáticos y/o rozadoras, tratando de obtener el perfil adecuado con la mínima afección.

Inmediatamente después de concluido el refino se procede al sellado del tramo excavado mediante hormigón proyectado con fibras. Esta capa tiene la función de evitar cambios de humedad en el macizo, que podrían provocar alteraciones en la roca, además de sostener la excavación realizada.

TÚNELES DE MONTBLANC

TÚNELES DE MONTBLANC

Túnel de carretera

SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUS DENOMINACIONES

Túnel Ferroviario

SECCIONES TIPICAS DE TUNELES Y SUS DENOMINACIONES

TÚNEL

1) Cuando la pendiente transversal del terreno es elevada (mayor de 45%) y el material no permite asegurar la estabilidad del canal.

2) El túnel de conducción de una PCH a filo de agua trabaja a presión atmosférica, simulando un canal abierto.

3) El túnel debe mantener la pendiente del canal y seguir la distancia más corta la cual se verá alterada por las condiciones topográficas, geológicas y geomorfológicas del terreno.

4) La forma de la sección del túnel debe ser tal que su área permita la circulación del caudal máximo y resista las presiones, las cuales determinan la forma de sección y el tipo de revestimiento del túnel.

5) Los túneles pueden tener forma circular, de herradura o de baúl. La forma circular garantiza el área óptima, pero es de difícil construcción; la forma de baúl es más sencilla de construir.

Características de túnel tipo baúl

Las dimensiones de los túneles deben garantizar la facilidad de su construcción. El ancho y tipo de túnel dependerá de las necesidades del proyecto, establecidos por criterios como el caudal y la velocidad. Según la experiencia se puede recomendar algunos anchos que funcionan hidráulicamente:

Anchos recomendados para túneles

Ancho Tipo de túnel

1.8 metros Para sección baúl

2 metros Para sección herradura

2.2 metros Para sección circular

EJEMPLO DE DISEÑO DEL TÚNEL

a) El túnel estará totalmente revestido en hormigón y tendrá una velocidad máxima permitida.

b) Considerando que la conducción es revestida en hormigón, pero que presentará asperezas.

c) Se selecciona un gradiente para el canal.

d) Esta velocidad es menor que la velocidad máxima permitida, indicando que las dimensiones del túnel son las adecuadas. Sin embargo, con estas medidas su construcción es un tanto difícil, por lo cual se hace necesario que el diseñador decida si las aumenta.

e) Cuando el terreno es pantanoso y los cauces de quebradas constituyen un problema agudo, el uso de una tubería semejante podrá evitar gastos de construcción inconvenientes.

f) La selección de alternativas de menor costo que cumplan los requerimientos económicos, están orientadas a reducir la longitud de la conducción por medio de túneles, sifones, rellenos u otro tipo de obras. Así que debe considerarse que los túneles se construyen cuando representan una solución más económica o más estable que un canal abierto.

g) El túnel es una alternativa técnica cuando el terreno no es estable, por ello se busca con él encontrar un terreno más firme. Con esto se reduce el costo por longitud y por sección debido al aumento de pendiente.

Túnel Trasandino Kovire

Es vital para Tacna. Está ubicado en el distrito de Ticaco, provincia de Tarata, a una altitud de 4,400 metros sobre el nivel del mar.

Permite derivar una parte de las aguas del río Ancoaque hacia la laguna de Aricota (para la producción de electricidad), hacia la ciudad de Ite (para el abastecimiento de agua potable) y para la irrigación de 7 mil hectáreas de las Lomas de Sama-Ite.

Es un túnel revestido de concreto, de sección tipo baúl.

Tiene 8,433 metros de largo, 2.40 de ancho, 2.70 de altura, 5.86 m2 de sección libre revestida, y una pendiente de 2/1000.

Posee una capacidad máxima de conducción de 13.2 m3/segundo. Trasvasa un caudal promedio de entre 1 a 5 m3/segundo en épocas de lluvias y de menos de 0.10 m3/segundo en épocas de estiaje.

Fue construido por la empresa Graña y Montero, habiendo quedado concluido en 1994.

Los túneles se caracterizan por su trazado y sección,

definidos por criterios geométricos de gálibo,

pendiente, radio de curvatura y otras consideraciones de proyecto. Bajo el punto

de vista de la ingeniería geológica los datos más

significativos son la sección, perfil longitudinal,

trazado, pendientes, situación de excavaciones

adyacentes, boquillas y accesos intermedios.

EN LA MINERIA , TRANSPORTE Y FERROCARRILES.

Los túneles se empezaron a diseñar y construir en las minas y más tarde para simplificar el trazado de las carreteras y de las vías del metro y del ferrocarril. Con los métodos tradicionalessólo se conseguían perforaciones por partes, mientras que lossistemas modernos excavan por completo todas las dimensiones necesarias para el túnel.

La intención del diseño de túneles viales es mejorar substancialmente las condiciones de tráfico de la red vial, a la vez que reducirá los costos operativos de los usuarios, los índices de congestión, accidentes de transito, consumo de combustibles, disminuyendo el tiempo de recorrido y demás aspectos socioeconómicos y ambientales de la cuidad.

TopografíaGeología y Geotecnia Diseño de los túneles Diseño enlaces viales Impacto ambiental Instalaciones en los túnelesEstudios complementarios

TopografíaGeología y GeotecniaVialImpacto AmbientalActividades y acciones de ejecución y operación del proyecto. EstructuralEstudios complementarios Iluminación Drenaje costos y Presupuesto

La siguiente figura muestra detalles de la sección transversal típica utilizada en los diseños viales de cada túnel.

Diseño de un túnel hidráulico Los túneles hidráulicos, lógicamente, son aquellos destinados a conducir agua.Esta definición, aunque parezca una obviedad, pone de relieve el hecho, conducir agua, que los confiere su singularidad.

Existe una amplia variedad en cuanto a su uso:- Aprovechamiento hidroeléctrico. -- Abastecimiento de agua.- Riego. - Saneamiento.- Drenaje, evacuación de tormentas, etc.En lo que respecta a sus condiciones hidráulicas, pueden ser a

presión o de lámina libre.La necesidad de abastecerse de agua y/o de drenar zonas

para otro uso hizo que. desde la más remota antigüedad, el hombre prestase especial atención a este tipo de túnel

En la Fig. 1 pueden verse las formas mas usuales. En discontinuo se ha representado la forma circularinterior. En ocasiones, es conveniente recurrir a una forma circular, o próxima a ésta, por motivosestructurales, como Se verá más adelante. • '. ' . :

Diseño de túneles hidráulicos

En rocas masivas, poco diaclasadas, este problema no es importante.

So conocen ejemplos espectaculares, con túneles excavados en macizos muy diaclasados y/o fallados, donde el paso del túnel ha secado pozos y fuentes. En general, éstos se restablecen una vez se reviste el túnel.

• Factores importantesEl medio de excavación': sise emplean máquinas tuneladoras, serán circulares.Integridad del túnelImpermeabilidadRevestimientoConductividad hidráulicaDiscontinuidadesMateriales expansivosNivel freático

Las secciones herradura poseen más área hidráulica en la parte inferior que la circular y por ende, mayor capacidad de conducción. Pueden ser ferroviarias, de automóviles, La sección de túnel en mina, túneles de desvío de aguas, etc.

SECCIÓNES TÍPICAS EN HERRADURA

Una sección típica de herradura para un túnel de dos carriles

SECCIÓN DE UN TUNEL EN MINA• En terrenos de tipo medio, la sección suele ser

en forma de herradura. La base de los hastiales suele adoptar la forma de “pata de elefante” para evitar tensiones demasiado elevadas en los apoyos y desplazamientos hacia el interior de . la sección a causa del empuje . horizontal del terreno.

Fig. Sección en herradura

TÚNELES DE DESVÍO DE AGUAS

• Es necesario que tenga una pendiente longitudinal por tratarse de un túnel para conducir agua, debe tener un revestimiento de hormigón que corresponde a la sección hidráulica con un determinado ancho basal, también debe tener una altura de muro de hormigón.

• El sistema actualmente consiste en captar . y conducir las de aguas del río hacia una . tubería.

• La ausencia de solera o contrabóveda, permite enormes deformaciones, con cierre de hastíales en unos casos y levantamiento del fondo en otros (expansión y descompresión en otros casos), a lo largo de los años .

• DISEÑO DE TUNEL FORMA CUADRADA

TOPOGRAFIA EN EL DISEÑO DE TUNELES

17.1.1 Tuberías Para Aíre Comprimido

La selección de la tubería afecta directamente los tres elementos fundamentales de todo sistema

de aire comprimido: flujo, presión y calidad del aire. Una elección errada en los materiales, el diámetro y la disposici6n de la tubería, provoca restricciones de flujo, 10 cual suele ocasionar una significativa cada de presión. Esta última eleva el consumo energético y afecta el desempeño de los componentes y las herramientas de accionamiento neumático.

17.1.2 Tuberías Para Agua

HDPE: Polietileno de alta densidad.

TERMOFUSIÓN: Es un método de soldadura simple y rápido, para unir tubos de polietileno y sus

accesorios. La superficie de las partes que se van a unir se calientan a temperatura de

fusión y se unen por aplicación de presión, con acción mecánica o hidráulica, de acuerdo al

tamaño de la tubería y sin usar elementos adicionales de unión.

Ventajas:

Las tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE), nos ofrecen ahorros importantes en los costos

de instalación bajo costo de mantención y larga vida útil.

Todos estos beneficios derivan de las características únicas de las tuberías de HDPE.

Bajo peso.- Las tuberías de HDPE pesan considerablemente menos que la mayoría

de las tuberías de otros materiales, haciendo más fácil su manejo e instalación, por lo que se obtienen importantes ahorros en la mano de obra y equipos para su instalación.

Flexibilidad.- La tubería no es frágil, es flexible por lo que puede curvarse y

deformarse sin efectos adversos. Esto permite su instalación en terrenos con obstáculos, pudiendo instalarse en Forma serpenteada, respetando las tolerancias de curvatura.

Resistencia química.- Los químicos naturales del suelo no afectan las tuberías de

HDPE, ni causarle degradación de ninguna forma. Tampoco es conductor eléctrico por lo que no son afectadas por la oxidación o corrosión por la acción electrolítica,tampoco son afectadas por las algas, bacterias u hongos y son resistentes alataque biológico marino.

Aplicaciones.- Las tuberías de polietileno (HDPE) pueden ser utilizadas en los

siguientes sectores.

Minería.- Gracias a su alta resistencia a la abrasión y corrosión, las tuberías HDPE

resultan excelentes para ser utilizadas en los distintos procesos mineros, tales como:

- Conducción de relaves

- Riego de pilas de lixiviación

- Conducción de soluciones ácidas y alcalinas

- Conducción de concentrados

Sanitaria Las tuberías de HDPE presentan claras ventajas sobre otros

materiales, especialmente en su utilización en arranques domiciliarios, tales

Como:

- Redes de agua potable

- Alcantarillado

17.1.3 Ductos De Ventilación

SISTEMA DE VENTILACIÓN NATURAL.- Un sistema de ventilación natural (no mecánico), es aquel sistema que tiene por principio el uso de la Presión de Ventilación Natural (Pvn), para efectos de generar movimiento y renovación de aire al interior de espacios subterráneos. La Pvn está definida como aquella presión generada de manera natural- por la existencia de diferenciales de presión y temperatura entre ambos extremos de aberturas subterráneas conectadas con superficie (minas, cavernas, túneles, otros).

SISTEMA DE VENTILACIÓN LONGITUDINAL CON USO DE JET FANS.- Un sistema

de ventilación longitudinal con operación de equipos Jet Fans (aceleradores de chorro), está compuesto -centralmente- por dichos equipos, instalados dentro del Túnel a ventilar (generalmente, dentro de toda la extensión longitudinal del Túnel). El principio de operación está basado en la entrega -vía un conjunto de equipos Jet Fans, dispuestos en serie al interior del Túnel- de alta presión dinámica a una fracción del aire contenido al interior del Túnel, el cual circula a alta velocidad por el interior de c/u equipo, generando con ello un flujo longitudinal -y, en un sólo sentido- del 100% del caudal de aire contenido dentro de toda la sección transversal del Túnel.

SISTEMA DE VENTILACIÓN TRANSVERSAL.- Un sistema de ventilación transversal

está constituido por un conducto de inyección de aire fresco, construido lateralmente en toda la extensión longitudinal del Túnel, el cual abastece a un conjunto de rejillas de inyección de aire fresco conectadas al Túnel. Además, dicho sistema y, para efectos de extracción de aire contaminado desde el interior del Túnel, cuenta con un cielo falso -con celosías de extracción- dispuesto enzona superior y a lo largo de toda la extensión longitudinal del Túnel; por sobre el cielo falso, el aire es evacuado hasta uno de los extremos del Túnel y, desde allí, hasta superficie. Tanto los circuitos de inyección de aire fresco, como los circuitos de extracción de aire contaminado, requieren de su correspondiente ventilador inyector y extractor, respectivamente.

SISTEMA DE VENTILACIÓN SEMI-TRANSVERSAL.- Un sistema de ventilación

semi-transversal está constituido por un conducto de inyección de aire fresco, construido lateralmente en toda la extensión longitudinal del Túnel, el cual abastece a un conjunto de rejillas de inyección de aire fresco conectadas al Túnel. La extracción de aire contaminado, desde el interior del Túnel, se realiza longitudinalmente por el Túnel hasta uno de los extremos de éste y, desde allí hasta superficie. Para efectos de inyección de aire fresco al Túnel, se requiere la instalación de ventilador inyector (de tipo axial ó centrífugo).

SISTEMA DE VENTILACIÓN TRANSVERSAL CON DUCTOS

LONGITUDINALES DE INYECCIÓN Y EXTRACCIÓN.- Un sistema de ventilación transversal con

ductos longitudinales de inyección y extracción, está constituido por un ducto de inyección de aire fresco, dispuesto al interior y a lo largo de toda la extensión longitudinal del Túnel a ventilar; dicho tendido de ducto inyector, contiene un conjunto de rejillas inyectoras por dónde se inyecta el aire fresco hacia el Túnel. Tal sistema, está constituido, además, por un ducto de extracción de aire contaminado, dispuesto al interior y a lo largo de toda la extensión longitudinal del Túnel ; dicho

tendido de ducto extractor, por dónde se extrae el aire contaminado desde el Túnel, hacia

superficie, contiene un conjunto de rejillas extractoras conectadas al Túnel. Tanto los circuitos de inyección de aire fresco, como los circuitos de extracción de aire contaminado, requieren de su correspondiente ventilador inyector y extractor, respectivamente.

SISTEMA DE VENTILACIÓN SEMITRANSVERSAL CONDUCTO LONGITUDINAL DE

INYECCIÓN.- Un sistema de ventilación semi-transversal con ducto longitudinal inyector, está constituido por un ducto de inyección de aire fresco, dispuesto al interior y a lo largo de toda la extensión longitudinal del Túnel a ventilar; dicho ducto de inyección, contiene un conjunto de rejillas inyectoras por dónde se inyecta el aire fresco hacia el Túnel. La extracción de aire contaminado, desde el interior del Túnel hasta superficie, se realiza longitudinalmente por el Túnelhasta uno de los extremos de éste. Para efectos de inyección de aire fresco al Túnel, se requiere la instalación de ventilador inyector (de tipo axial ó centrífugo), el cual deberá ser conectado al ducto de inyección.

SISTEMA DE VENTILACIÓN LONGITUDINAL CON USO DE VENTILADOR

EXTRACTOR.- Un sistema de ventilación longitudinal con ventilador extractor, está constituido centralmente por la Galería a ventilar, más Ventilador extractor (del tipo axial ó centrífugo), a instalar en uno de los extremos de la galería (Rampa, Túnel u otro), con conexión a superficie.

SERVICIOS QUE SE REQUIEREN EN LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNELDiseño de los servicios que se requieren en la construcción de un túnel: tuberías para aíre comprimido, tuberías para agua, ductos de ventilación, cables de energía eléctrica e instalaciones para comunicación, etc.

VENTILACIONORIGEN DE LOS GASES DE MINA

USO DE EXPLOSIVOS

• Toda voladura origina, en mayor o en menor grado, gases tóxicos producidos por las diversas reacciones químicas que ocurren durante una explosión. El uso del ANFO, por ejemplo, genera diversos óxidos de nitrógeno los mismos que aún en bajas concentraciones pueden resultar de necesidad mortal.

Diseño de los servicios que se requieren en la construcción de un túnel: tuberías para aíre comprimido, tuberías para agua, ductos de ventilación, cables de energía eléctrica e instalaciones para comunicación, etc.

MAQUINAS DE COMBUSTION INTERNA

• Pueden liberar gran cantidad de contaminantes, como el NOx, CO, etc., y esto es mayormente por la falta de mantenimiento o por la altitud en la cual esta la maquina.

GASES DE ESTRATOS

• Son gases que existen dentro de las estructuras rocosas del yacimiento y que, al entrar en contacto con una labor minera, pueden producir grandes concentraciones de gases tóxicos.

RESPIRACION HUMANA

• Cada persona exhala anhídrido carbónico (CO2) y si realiza una actividad física intensa la cantidad de anhídrido carbónico producida será mayor.

DISTRIBUCION ESQUEMATICA DE LOS GASES POR SU DENSIDAD

(AMBIENTE SIN VENTILACION)

DUCTOS DEVENTILACION

DE MINAS

VENTILACION DE MINAS

AIRE DE MINA :* Composición

* Regulaciones

VENTILACION :* Conceptos teóricos

* Sistemas de ventilación

FORMA Y DIMENSIONES :

* Cilíndrica* Elíptica

* Elipsoide

* Requer. aire* Espacios disp.

DISEÑO :* Cálculos

* Dimensionamiento

* Equipos

* Operación

TIPOS DE DUCTOS :

* InsuflaciónMATERIALES :

* Tipos

* Características

* Rugosidad

FABRICACIÓN :

* Modelos

* Detalles

ACCESORIOS

* SucciónVentiladoresDuctos

Otros * Resistencias tensiles* Costo – Beneficio

* Unión de tramos

Ductosø40”ø30”

ø24”ø18”

Galería

350

400FORMA Y DIMENSIONES

20

100

1020

200

ø36”

Minerales

Equipos

Ductosø20”

ø18”20

50Galería

20

300

200

300

FORMA Y DIMENSIONES

10

Equiv. ø30”

Minerales

Equipos

Equi ø20”

v

FORMA:

--

-

-

Cilíndrica

Elíptica

Elipsoide

Cuadrada / rectangular

DIMENSIONES:

- Requerimiento de aire

- Espacios disponibles

FORMA Y DIMENSIONES

d 30’20’6m

10m

ancho

INSUFLACION

Aire comprimidoArea mal ventilada

ancho

20’6m

d 80’25m

EXTRACCION

TIPO 1

GA

LE

RIA

PR

INC

IPA

L

Aire comprimidoArea mal

ventilada

ancho

20’6m

d 100’30m

SUCCION

TIPO 2

GA

LER

IA P

RIN

CIP

AL

d 30’d ancho 10m

ancho

20’6m d 200’Tabique

(opcional)

60m

INSUFLACION - SUCCION

TIPO 3

GA

LER

IA P

RIN

CIP

AL

DUCTOS PARAVENTILACION POR:

INSUFLACION

---

FlexiblesColapsiblesRígidos

SUCCIÓN

---

No colapsiblesCon armadurasRígidos

TIPOS

MATERIALES QUE SUELEN USARSE,ORDENADOSDE MAYOR A MENOR

RUGOSIDAD

----------

Yute enjebadoYute impregnadoFibra de vidrio reforzadaAcero oxidado Arpillera impregnada Tocuyo enjebado Tocuyo impregnado Membranas vinílicasMembranas de polietilenoAcero pulido

MATERIALES

MEMBRANAS UTILIZABLES EN DUCTOS DE VENTILACIÓN

PES = poliéster, PE = polietileno

Unid Rafia 200 Rafia 300 KP1000 MP10718 SP11226

TEJIDO- material- tenacidad- denier de hilo- densidad

-- denier

hilo x pg.

PEmedia1000

14 x 14

PEmedia1500

16 x 16

PESalta

10007.6 x 10

PESalta

100018 x 18

PESalta

100031 x 31

LAMINAS- material básico- aditivos :

* anti-UV* anti-hongos* anti-oxidante* retardante de llama

-

nivelniv

el nivel nivel

PE

alto---

PE

alto---

PVC

alto alto alto

medio

PVC

alto alto alto

medio

PVC

alto alto alto

medio

MEMBRANAS- construcción: lámina A /

tejido / lámina B- adherencia lámina/tejido- peso- espesor- resistencia a la tensión

hasta rotura- elongación hasta rotura- resistencia al desgarre- durabilidad

- kg/5

cmgr/m2 mm

kg/5 cm

% Kg

años

SI

-2000.3085

-151

SI

-3000.40165

-202

SI

4.06900.60135

22258

SI

4.56800.64280

205510

SI

2.08850.78440

207020

RUGOSIDAD DE LAS MEMBRANASFLUJO DE AIRE EN EL DUCTO :

1 2 4Flujo laminar 3 Flujo turbulento

Materialrugosidad

Aireviscosidad

Buscar el material con la menor rugosidad de superficie interior

REDUCIR IMPEDIMENTOS AL FLUJO

100 cm

ELECCION DE MEMBRANA CONSIDERANDORESISTENCIAS TENSILES

SUS

Datos:

1.- Diámetro del ducto ø1 = 24” (0.61 m.)ø2 = 24” (1.52 m.)

Q1 = 16,000 CFM ( 7.547 m3/seg) Q2 = 50,000 CFM (23.47 m3/seg)

= 220 mm H2O (220 kg/m2)

2.- Caudal de aire

3.- Presión total del ventilador PT1

PT2 = 420 mm H2O (420 kg/m2)

= 1.2 Kg/m3 (varia en cada lugar)4.- Densidad del aire

g = 9.81 m/seg2 (varia en cada lugar)5.- Aceleración de la gravedad

Cálculos:

Presión Total = Presión dinámica + Presión estática

PT = PD + PS

ELECCION DE MEMBRANA CONSIDERANDO SUSRESISTENCIAS TENSILES

Presión dinámica (PD):

3Donde: V = Q = 7.547 m /seg = 25.824 m/segV2PD = xπ x (0.305 m)2A2g

1.2 kg/m3 x (25.824 m/seg)2 = 40.388 kg/m2PD = = 40 mm H2O

2 x 9.81 m/seg2

Presión estática (PS):

= 220 kg/m2 – 41 kg/m2 = 179 kg/m2PS = PT – PD PS

Tensión de tracción en el sentido de la circunferencia (TC):

179 kg/m2TC = r x PS TC = 0.305 m x = 54.595 kg/m

La resistencia a la tensión se expresa usualmente en kg/5 cm

TC = 2.730 kg/5 cm

Con Factor de Seguridad = 10 TC Necesario (1) = 27.3 kg/5 cm. TC Necesario (2) = 155.8 kg/5 cm

ELECCION DE MEMBRANA CONSIDERANDORESISTENCIAS TENSILES

Tensión de tracción en el sentido horizontal (TH):

SUS

TH = 1r x PS

2

TH = 1 x 0.305 m x 179 kg = 27,295 kgm22 m

Expresado en kg/5 cm

TH = 1.365 kg/5 cm

Con Factor de Seguridad = 5

TH Necesario (1) = 6.8 kg/5 cmTH Necesario (2) = 39.0 kg/5 cm

ELECCION DE MEMBRANARESISTENCIAS

CONSIDERANDOTENSILES

SUS

Todas son elegibles para el Caso (1)Solo dos vinilonas para el Caso (2)

Materiales

Resistencia a

Tracción

kg/5cm

Desgarre

Kgs

Rafia Recubierta 200 gr/m2

Rafia Recubierta 300 gr/m2

Vinilona KP1000

Vinilona MP10718

Vinilona SP11226

85

165

135

280

440

15

20

25

55

70

Requerido Caso (1) 28 7

Requerido Caso (2) 156 39

AGRESIONES EXTERNAS

EXPLOSIONESEsquirlasOndas sonoras

MICROAMBIENTETemperaturaComposición química

ROZAMIENTOSTransporte Almacén - MinaVehículos en interior mina

FACTOR HUMANOManejo displicente o maloVandalismo

COSTO - BENEFICIO

Ducto

Peso

Ducto ø24”

x 15m

Kgs

Precio $ Durab

años

CostoFinal

del ml

$/año

Otros

Beneficiosm2. memb.

ml

ø 24”

Rafia PE Recub.

200 gr/m2

Rafia PE Recub.

300 gr/m2

Vinilona

KP1000

Vinilona

MP10718

Vinilona

SP11226

32

38

90

89

113

1.2

1.6

7.2

9.0

13.8

2.3

3.1

13.8

17.2

26.4

1

2

8

10

20

2.3

1.6

1.7

1.7

1.3

Operatividad

Operatividad

Menos pérdidas

Menos pérdidas

Menos pérdidas

DETALLES DE FABRICACION DE DUCTOS DE INSUFLACION

LíneaAccesorio de colgadura de colgadura

Pestaña desuspensión

Extremos Unión de pañosDucto

Unión de tramos

O FIERRO

DETALLES DE FABRICACION DE DUCTOSREFUERZO EN ESPIRAL CONTINUO

DE SUCCION

REFUERZO CON AROS DE PVC

PESTAÑA DE SUSPENSIÓN

UNION DE PAÑOS

TERMOSELLADO CON AIRE CALIENTE

TERMOSELLADOCON CUÑA CALIENTEO BARRA CALIENTE

PEGADO CON ADHESIVO

SELLADO POR ALTA FRECUENCIA

COSTURA CON HILO

UNION DE TRAMOS

EXTREMOS CON AROS DE PVC O BARRA DE FIERRO

UNION POR EMBUTICIÓN

EXTREMOS CON AROS DE PVC O BARRA DE FIERRO

UNION POR EMBUTICIÓN ASEGURADA CON ALAMBRE,DRIZA O COLLARÍN

EXTREMOS CON VELCRO

UNION POR EMBUTICIÓN

EXTREMOS CON CIERRE DE CREMALLERADE CARRO DESPRENDIBLE

UNION A TOPE

UNION DE TRAMOS

EXTREMOS CON AROS DE BARRA DE FIERRO

UNION POR EMBUTICIÓNASEGURADA CON MORDAZAS

EXTREMOS CON AROS DE BARRA DE FIERRO

UNION A TOPEASEGURADA ENTRE ARO INTERNOY ABRAZADERA EXTERNA

EXTREMOS CON AROSDE BARRA DE FIERRO

UNION A TOPE COMPRIMIDA CONABRAZADERA EXTERNA

ACCESORIOS

CURVA DE 4 SECCIONES CODO CORRUGADO

D

2D

1 m 3.14 D 1 m

1 m

2 D1 m 2D

Codo liso 90ºCodo liso 60º Codo liso 45º

1 m

1 m 2 D

ACCESORIOS

REDUCCIONES YE

5 mts

TE

• CONCLUSIONES:

Estudios geológicosEstudios geotécnicosEstudios hidráulicos* El sostenimiento de las labores es un trabajo adicional de alto costo que reduce la velocidad de avance y/o producción pero que a la vez es un proceso esencial para proteger de accidentes al personal y al equipo.* El soporte activo es de menor magnitud que el pasivo debido a que se utiliza la capacidad de auto sostenimiento de la roca mientras que en el soporte pasivo se tiene todo el peso gravitacional de la roca. * El perno de anclaje reúne las condiciones de soporte activo.* En términos simples se dice que el refuerzo en un sistema activo mientras que el soporte es uno pasivo.* La durabilidad del Shotcrete frente a condiciones climáticas de congelamiento, descongelamiento en pruebas de laboratorio y en las labores mineras generalmente han sido buenas; sin embargo, se pueden presentar problemas aún con el mejor Shotcrete cuando se aplica a una roca extremadamente a excepcionalmente mala, para esto se debe considerar los tiempos de auto-soporte, span y la aplicación del shotcrete.* La utilización del Shotcrete reforzado con fibras metálicas a permitido reemplazar a los elementos de sostenimiento tradicionales como a los cuadros de madera, cimbras metálicas, arcos noruegos y otros.

GRACIAS