sostenimiento

Sostenimiento y relleno en Minería – Ing. Jorge Durant Broden

20

CAPITULO II

SOSTENIMIENTO MEDIANTE MADERA

INTRODUCCION En minería subterránea, las paredes, techo o espalda de los tajeos por lo general no se

auto sostienen; sin embargo, cuando los cuerpos mineralizados tienen cuarcita, caliza u otra roca competente en el techo, se pueden excavar aberturas bastante grandes sin

necesidad de un sostenimiento artificial. Cuando es necesario sostener las labores subterráneas, el sostenimiento con madera es en muchos países un sistema importante de soporte para muchas minas en donde no pueden emplearse otros medios de

sostenimiento.

Los materiales empleados en el sostenimiento de aberturas mineras pueden ser de madera, concreto, acero, ladrillo y piedra. Probablemente el primer material en ser empleado fue la madera, principalmente debido a su facilidad de obtención y moldeado.

Más aún, tiene la ventaja de una resistencia y dureza relativamente elevadas, en proporción a su peso. Sin embargo, debido a corta vida bajo las condiciones de mina

subterránea, y su cada vez más elevado costo y consideraciones ambientales, existen actualmente varios sustitutos. El concreto reforzado y el acero son utilizados en una cantidad considerable, a través de las minas en todo el mundo, para el sostenimiento de

las labores mineras permanentes.

Las soluciones mineralizantes hallan su camino a través de fracturas y fisuras en las rocas. Los planos naturales de estratificación y junturas pueden constituirse en zonas de debilidad estructural. El movimiento del terreno durante los procesos de fallamiento y

plegamiento pueden originar que la roca se fragmente en áreas mas o menos extensas. Las vetas buzan a diferentes ángulos entre horizontales y verticales y varían

ampliamente en potencia. Más aún, el carácter de las rocas de caja, así como de la veta en si, es tan variable que a diario se encuentran problemas inesperados. La forma de los cuerpos mineralizados de mayores dimensiones es de gran importancia al momento de

determinar el método de enmaderado a ser utilizado.

A pesar de esta amplia variedad de cambios en cuanto a la forma, buzamiento, tamaño y carácter de la veta o deposito, así como de la roca encajonante, se siguen ciertos principios establecidos para el sostenimiento de la corona y los hastiales, el objetivo

constante es el de prevenir el socavamiento de la labor, y para prevenir tal catástrofe se coloca la madera a fin de que sostenga en su lugar al macizo rocoso y siempre de tal

manera que reciba las cargas directamente, evitando crear esfuerzos de corte o flexión. Al momento de avanzar las labores, puede ser necesario instalar un sistema de

sostenimiento. Si en caso este sistema debe mantenerse cercano al frente de la labor, entonces el avance de esta labor es retrasado, y los ciclos de operación ya planificados

deben de ser modificados a fin de acomodar el tiempo necesario para el enmaderado. El colocar los cuadros de madera en las labores después de cada disparo puede tomar tanto tiempo o mas que la operación de perforación o la de limpieza. Algunos terrenos se

mantienen bien inmediatamente después de ser disparados, sin embargo, después de una


21

prolongada exposición pueda ser que comiencen a aflojarse, rajarse o planchonearse. En tales casos, se deberá iniciar la colocación del sostenimiento a una distancia segura del frente, evitando ocasionar retrasos en el avance de este. En los casos más urgentes, se

puede emplear un enmaderado temporal en el avance de las labores y luego reemplazar este por cuadros permanentes o un sistema más eficiente como cerchas de acero o

shotcrete. Al emplearse madera en sistemas permanentes de sostenimiento, esta deberá

encontrarse seca y de preferencia ser tratada con preservantes. La madera es fácilmente preparada en el terreno y rápidamente colocada sin necesidad de emplear equipos o

herramientas especiales. Para sostenimiento temporal de los frentes de avance en terreno malo, la madera es fácilmente cortada y enmarcada a fin de cubrir los requisitos iniciales de sostenimiento.

La duración de la madera en las minas es muy variable, pues, depende de las

condiciones en que trabaje. Por ejemplo:

La madera seca dura más que la verde.

La madera descortezada dura más que aquella que conserva la corteza.

La madera “curada” (tratada con productos químicos para evitar su descomposición)

dura más que la que no ha sido tratada.

La madera en una zona bien ventilada dura más que en una zona húmeda y caliente.

Puede estimarse que la madera tiene un vida media que fluctúa entre uno y cinco años;

sin embargo, en las Minas peruanas, se encuentran maderas que superan los 20 años de duración y todavía están en buenas condiciones, pese a estar en zonas ya abandonadas de la mina.

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES EN SOSTENIMIENTO. Los principios fundamentales que deben seguirse en el diseño y empleo de estructura de

sostenimiento para fuertes presiones, constantes o repentinas, son:

La estructura debe ser colocada lo más cerca posible al frente para permitir sólo el mínimo reajuste del terreno.

La estructura debe ser rígida para que el reajuste que se produce después de la

colocación sea reducido al mínimo.

La estructura debe estar constituida por piezas de fácil construcción, manipuleo

e instalación.

Las partes de la estructura que han de recibir las presiones o choques más fuertes

deben tener tales características y ubicación que trabajen con el menor efecto sobre la estructura principal misma.

La estructura debe interferir lo menos posible a la ventilación y no estar sujeta a riesgos de incendio.

Su costo debe ser tan bajo como lo permita su buen rendimiento.


22

VENTAJAS Y DESVENTAJAS La madera es un material de peso ligero, fácilmente transportable y que se maneja con facilidad en sistemas de soporte, entre las ventajas y desventajas puntuales se puede

indicar lo siguiente:

A. VENTAJAS

Es ligera, se transporta, corta, maneja y coloca fácilmente como soporte en la mina.

Se rompe a lo largo de estructuras fibrosas precisas, dando señales visuales y

audibles antes de que falle completamente. Esto ha hecho que los mineros consideren a la madera como una ventaja sicológica sobre el acero.

La piezas rotas se pueden volver a utilizar para calces, cuñas, bloques, relleno, etc.

B. DESVENTAJAS

Las resistencias mecánicas (flexión, tensión, pandeo, compresión y cortante) dependen de las estructuras fibrosas y de los defectos naturales que son propios de la

madera.

La humedad tiene un efecto muy marcado en la resistencia.

Muchos hongos afectan la madera cuando hay condiciones de humedad disminuyendo considerablemente su resistencia.

La madera es un material fácilmente combustible, por lo que el fuego podría propagarse rápidamente por los cuadros y producir gases venenosos, muchos casos

de incendio han sucedido en minas peruanas, como ejemplo podemos citar la Mina de Cerro de Pasco.

RESISTENCIA DE LA MADERA.

Un tronco de madera, debido a la naturaleza celular de la misma, puede ser considerado como un atado de tubos paralelos. Este resiste mucho mejor a la presión en contra de los

extremos que la presión en contra de los lados. Una elevada presión en contra de los extremos de un tronco originará que este se parta longitudinalmente y luego falle. Una elevada presión en contra de los lados compactará las células, comprimiendo el tronco.

En caso de no tener soporte este tronco se doblará y posteriormente fallará por ruptura.

La densidad de la madera descortezada es a menudo un buen criterio de su resistencia, ya que esta representa la cantidad real de materia por unidad de volumen. Sin embargo, la resistencia se ve afectada por las imperfecciones tales como descomposición, nudos,

fisuras, fracturas, fibras cruzadas. Los nudos, si se encuentran en la mitad inferior de la madera empleada como sombrero o viga, reducen la resistencia del sombrero en la

misma proporción en que el área del nudo afecta el área de la viga. Los troncos con grandes nudos son mejor empleados como puntales, debido a que los nudos resisten mejor a la compresión. Una fisura es una separación de las fibras de la madera entre los

anillos de crecimiento, una fractura es una separación de la madera a través de los anillos de crecimiento. Ambas imperfecciones reducen el área que resiste el corte. Si las

fibras de la madera no corren paralelas al eje del tronco, se reduce la resistencia de esta en función al incremento del ángulo de desviación. Si este ángulo es menor a 1 en 20, se puede descartar la reducción de la resistencia; pero con un ángulo de 1 en 8, la

resistencia de la madera se reduce a la mitad debido a las fisuras que corren paralelas al grano.


23

La humedad afecta la resistencia de la madera, el secado hace que la madera sea más dura y resistente, habiéndose demostrado que un tronco seco tiene el doble de resistencia que un tronco verde del mismo tipo de madera. Sin embargo, el secado de

esta generalmente resulta en la formación de rajaduras, fisuras y doblado de la misma. Por estas razones y debido a que la madera estará húmeda cuando verde, es más seguro

no asumir que se incrementará la resistencia al secarse.

TIPOS DE MADERA UTILIZADA EN MINA. Las maderas locales, en caso de estar disponibles, son empleadas en la mayoría de las

minas. Los troncos con grano largo, tales como el álamo, pino, abeto, roble, castaño se prefieren ya que al romperse dan señales de alerta. El nogal americano, eucalipto y

sauce son maderas flexibles, las que se doblan bajo carga y no ofrecen mucha resistencia al movimiento de la roca.

La madera para sostenimiento de mina debe ser de fibras largas de tal manera que tengan elasticidad así como resistencia. Esto significa que un puntal sujeto a presión en

sus extremos doblarse hacia los extremos sin romperse y aún así ofrecer resistencia a las presiones aplicadas. En caso las presiones sean removidas, el puntal recuperará su forma original. Un puntal debe ser lo suficientemente fuerte para doblarse sin romperse, dando

a los mineros una advertencia sonora en caso de que vaya a fallar. Las maderas muy suaves tales como el ciprés y el sauce tienen una gran elasticidad, pero no tienen

resistencia para soportar elevadas presiones. Las maderas duras como el roble resisten a elevadas presiones pero se romperán luego de doblarse muy poco. La madera es un material de peso ligero, fácilmente transportable y que se maneja con facilidad en

sistemas de soporte.

MADERAS DE EUCALIPTO

Suelen ser homogéneas, pesadas, duras y resistentes, de coloración variable del blanco claro al pardo rojizo oscuro. Abundan las fibras reviradas malas para el trabajo y propensas a hendirse y alabearse. Muchas especies proporcionan madera de

construcción, otras leñas, postes y traviesas.

Las de fibra larga y resistente, de crecimiento rápido son objeto de aprovechamiento industrial para la fabricación de pasta de celulosa.

La madera de Eucaliptus Glóbulus es de duramen pardo amarillento o amarillo claro, rodeado de una corona de 3 a 4 cm de albura blanquecina; vasos muy grandes,

parénquima difuso y fibras trabadas, por lo que hiende fácilmente. El peso específico oscila entre 0.9 y 1.15 T/m3, siendo el peso específico medio de 1

T/m3, se debe acotar que este es un cálculo sobre la madera, excluyendo la corteza que en algunos casos es muy abundante. La contracción tangencial es casi el doble de la

radial y la contracción volumétrica total es del orden del 35%. Es madera dura de calidad mediana en general; poco duradera, se deteriora pronto enterrada.

La madera del Eucaliptus camaldulensis es de textura compacta con pocos vasos y mucho parénquima, de fibras sinuosas y entrecruzadas; albura amarillenta y duramen

rojo caoba. Los anillos anuales no se ven o se perciben confusamente.


24

En verde es blanda y pesada, con un peso específico de 1.10 a 1.22 T/m3; seca es dura y muy resistente a los esfuerzos paralelos a las fibras. Muy duradera aún enterrada, poco atacable por insectos y con gran resistencia a la pudrición. Presenta muchas células con

gomorresinas, pudiendo contener en conjunto del 2 al 14% de tanino; su kino ataca al hierro; difícilmente podrán extraerse clavos hincados en esta madera durante algún

tiempo. Las propiedades del eucalipto, que es el tipo de madera más comúnmente empleado en

las minas peruanas por su abundancia son las siguientes:

Analizando las distribuciones que presenta la resistencia a la compresión para el eucaliptus glóbulus presenta bastante homogeneidad de resultados, con una media elevada de 392 Kg/cm2.

Se conoce de una relación inversa entre la resistencia a la compresión y la humedad

para valores al punto de saturación de fibras (aproximadamente el 30%).

CUADROS DE MADERA Consisten de varias piezas de madera, las que forman un marco a través de la sección de

la galería. El tipo más sencillo, empleado en galerías de pequeña sección, consta de tres piezas, en donde un “Sombrero” es soportado por dos postes verticales, los cuales

resisten también los empujes laterales de los hastiales. Este es llamado “Cuadro recto”. Si las presiones del techo o de las paredes son elevadas, entonces se reduce la longitud del “Sombrero”, y los postes se colocan inclinados; el cuadro tiene entonces forma

trapezoidal, disposición común en minas metálicas, esta es conocida como “cuadro cónico”. La inclinación de los postes se encuentra entre 1 a 1.5 pulgadas por pie. Lo

cual es usualmente suficiente para prevenir que el fondo de los postes “empuje” hacia adentro. Cuando la presión lateral sea excesiva y el fondo sea suave se puede colocar una cuarta pieza sobre el piso, la que se denomina “solera”.


25

Además de los tres elementos normales del cuadro: “sombrero, postes y solera”, para mantener la separación entre los cuadros se añaden los “Tirantes”, generalmente de menor sección, estos se apoyan en destajes o en tacos.

Cuando únicamente el techo de la galería requiere de sostenimiento y las paredes son

fuertes, se pueden omitir los postes, soportando el cuadro en rebajes en las paredes de la labor.

Cuadro en arco sin postes


26

El techo o la pared entre los cuadros puede o no necesitar de soporte, de ser así se deberá colocar un entablado, sin embargo dicho entablado no debe ser cerrado ya que se necesitará disponer de algunas aberturas para aliviar la presión de las paredes.

Uniones

Las formas más simples de uniones son las más deseables; el objetivo de las uniones es el lograr la mayor resistencia de la madera con la menor labor posible de elaboración.

La siguiente figura muestra las uniones más típicas.

a) Esta unión es la más fácil y la más barata de elaborar, sin embargo puede deslizarse bajo elevadas presiones verticales.

b) Diseñada para evitar el riesgo anterior.

c) Igual que (b) d) Así como (e), ambas uniones han sido pensadas para que el poste y el sobrero

tengan la resistencia de la madera de sección completa. Así mismo son adecuadas cuando las presiones verticales y laterales son elevadas.

VELOCIDAD DE ENMADERADO.

La velocidad de enmaderado depende fundamentalmente de cuán cerca del frente deba colocarse el sostenimiento. En caso de que el avance de cada disparo deba de ser

sostenido, entonces el enmaderado pasa a constituirse en parte integrante del avance. El primer paso a ejecutar luego del disparo es el desquinchado del techo y soltar así las

rocas peligrosas que pudieran caer sobre el personal. Luego de haber limpiado el material del disparo, el nuevo cuadro es sólidamente colocado en su lugar. Después de

haber colocado el cuadro se avanzan las instalaciones de agua y aire para poder instalar nuevamente las perforadoras para el siguiente disparo. Obviamente este procedimiento hace más lento la velocidad de avance, pero a menos que el terreno sea muy malo y

requiera de listones de avance (Marchavantis) u otros métodos especiales, los puntales y sombreros pueden estandarizarse y seguirse una rutina regular.

Se gana en velocidad si se tienen todos los materiales y herramientas disponibles en el lugar de trabajo antes de iniciar el mismo, será necesario disponer de: madera para un

cuadro completo, cuñas, tablas, herramientas, etc. Todo esto deberá traerlo la cuadrilla al ingresar al trabajo. En caso de que el enmaderado se inicie a una distancia

considerable del frente, se emplea una cuadrilla especial de enmaderadores.


27

Las características del sostenimiento mediante enmaderado en la mina San Juan de Chorunga en el año de 1981 fueron las siguientes: Originalmente los maderos fueron de 8 × 8 × 6 pies, sin embargo estos fueron cambiados a 8 × 12 × 6 pies. La perforación y

voladura se realizaba en un promedio de 2 ½ horas, la limpieza de los frentes que se ejecutaba con una máquina Cavo demoraba 3 horas. Luego de la voladura se avanzaba

hacia delante el enmaderado del sombrero mediante un puente (Marchavanti) en las zonas menos competentes y se iniciaba con la limpieza de la labor. Luego de limpiar el frente se instalaba el nuevo cuadro de madera y se fijaba con tirantes, se colocaban

tablones en los costados de acuerdo a la necesidad del terreno. El avance por disparo se encontraba entre 4 a 8 pies, a menudo se obtenían avances diarios de 24 pies (7.32

metros). Se requerían alrededor de 5.5 horas para la perforación, disparo y limpieza; lo que dejaba 2.5 horas para el enmaderado. Por lo tanto era posible completar una ronda y sostenerla en una guardia de 8 horas. Sin embargo, en lugares en donde el enmaderado

se debía mantener cercano al frente se hacia imposible completar dos rondas en un día.

Se aclara, sin embargo, que en condiciones buenas de terreno y en donde el trabajo está

altamente sistematizado no es necesario planificar tres cuadros por día ya que se puede dejar el enmaderado un poco retrasado con respecto al frente de avance

ESFUERZOS EN LAS PÍEZAS DEL CUADRO Las dimensiones de los maderos y el espaciamiento entre los cuadros dependen del

tamaño de la labor y de las presiones a resistir. Las estructuras de sostenimiento deben ser, principalmente resistentes a la compresión. Por otra parte, pese a su buena resistencia a la flexión, no es muy conveniente que la madera trabaje como viga, pues,

en tal caso su resistencia dependerá principalmente de la resistencia de sus fibras extremas, superiores e inferiores. No es muy conveniente que la madera trabaje como

viga, pues, en tal caso su resistencia dependerá principalmente de la resistencia de sus fibras externas, superiores e inferiores,

SOMBRERO

Normalmente está sujeto a esfuerzo de compresión paralelo a las fibras por resistir la presión de las cajas o paredes laterales de una veta o estructura; sin embargo, en

terrenos muy fracturados o arcillosos puede estar sometido también a esfuerzos de flexión.

Avance con Marchavanti


28

Cuando el puente está colocado directamente sobre el “sombrero”, ambas piezas trabajarán, principalmente, a flexión. La resistencia a flexión será el doble de la que ofrecerá el sombrero solo; pero si las dos piezas estuvieran sólidamente unidas (con

pernos o zunchos) la resistencia sería aumentada al cuádruplo de la que ofrecería el sombrero solo. Si el “puente” fuera colocado sobre bloques apoyados sobre los

extremos del sombrero, éste trabajaría sólo a compresión mientras que el “puente” lo haría a la flexión.

POSTES

Los postes desarrollan esfuerzos de compresión paralelos a las fibras, debido a la carga que toma del techo y a la reacción que provocan en el piso de la labor. Podemos

apreciar la situación tratándose de un poste vertical. Cuando, se acorta el sombrero, sea con cuadros de forma cónica o con postes inclinados, se produce en la cabeza de cada poste un esfuerzo de compresión transversal a las fibras que será mayor cuanto más

inclinado se encuentre dicho poste. Sin embargo, cuando la longitud de los postes pase de cierto límite estos trabajarán a flexión. Por esta razón es recomendable que el largo de un poste no sea mayor de 10 a

12 veces la menor dimensión de su sección, dependiendo de la calidad de la madera; así por ejemplo, tratándose de madera de eucalipto de 8” × 8”, se puede llegar a usar postes de hasta 8 pies de longitud.


29

No es conveniente que las piezas de madera soporten esfuerzos combinados de compresión y flexión debido a que las fibras tenderán a doblarse o combarse con lo cual la resistencia decrece enormemente. Por lo tanto, ni los sombreros ni los postes se les

debe bloquear en otras zonas que no sean los puntos de apoyo.

SOLERA

Está sometida en sus extremos a esfuerzos de compresión perpendicular a la fibras por recibir la presión del techo, a través de los postes y la reacción del piso directamente. Además en terrenos que presentan empujes del piso (arcilloso y molido), la solera

trabaja a la flexión, apoyada sobre los postes. Este mismo esfuerzo se manifestará en terrenos poco resistentes cuando las presiones que transmiten, los postes hacia el piso

son notablemente desiguales.

TIRANTES

Sólo están sujetos a un pequeño esfuerzo de compresión paralelo a las fibras como

resultado de presiones laterales entre cuadros que siempre se producen por los reajustes del terreno o por la falta de perfecta verticalidad de los mismos cuadros.

Cuando los tirantes se apoyan en “tacos” clavados a los postes, en dichos tacos se producen esfuerzos de corte vertical, que es conveniente procurar que sean

perpendiculares a las fibras ya que la mayor resistencia de la madera es en dicho sentido. Como consecuencia del esfuerzo de corte que se desarrolla en el “taco” del

tirante, es conveniente que éste sea asegurado con dos clavos sobre la diagonal, pues si tuviera un solo clavo, la tendencia sería a hacer girar el taco, teniendo como eje el clavo.

ESPACIAMIENTO DE CUADROS

La longitud de los tirantes determina la distancia entre cuadros de la labor. El espaciamiento depende, principalmente de la clase de terreno a sostener. A manera de

guía pueden recomendarse los siguientes espaciamientos:

• Terrenos fracturados : de 5 a 6 pies. • Terrenos quebrados (alterados) : de 3 a 4 pies. • Terrenos molidos o arcillosos : de 2 a 3 pies


30

ESTIMADO DE LA PRESION DEL TERRENO

Ordinariamente uno debe conocer mecánica de rocas para estimar las cargas del terreno; sin embargo, para las condiciones subterráneas encontradas generalmente en operaciones superficiales y de profundidad media, una explicación detallada de la

mecánica de rocas es de incierto valor. Se pueden asumir ciertas condiciones máximas como regla, el sostenimiento basado en tales condiciones será bastante satisfactorio, al

menos temporalmente. Como una base para estimar las cargas sobre cuadros de madera (las cargas sobre concreto o acero pueden ser estimadas de igual forma) se dan los siguientes datos.

La Tabla 1. Da información para 10 condiciones diferentes de terreno.

Condiciones de la carga

Carga de la roca Hp en pies

Espaciamiento sugerido para

cuadros en pies 1. Dura e intacta. 2. Masiva, moderadamente

agrietada. 3. Estratificada o esquistosa. 4. Moderadamente fracturada y

grietosa. 5. Muy fracturada y grietosa. 6. Sin consolidar o completamente

triturada. 7. Roca descompuesta que fluye a

la galería.

Prof. Moderada. 8. Mojada, roca competente. 9. Roca esponjada. 10. Mojada, material triturado o

sin consolidar.

Cero 0 – 0.25 B 0 – 0.5 B 0.25 B – 0.35 (B + Wt) 0.35 (B + Ht) a 1.10 (B + Ht) 1.10 (B + Ht) Excede 1.10 (B + Ht) (1.10 – 2.10)(B + Ht) Puede caer en (1), (5) ó (7) Hp hasta 250 pies 1.10 (B + Ht) ó más

Sin soporte. 5 pies, si es necesario. 5 pies, si es necesario. 4 a 5 pies. 2 a 4 pies. 2 pies 2 pies o menos. De (1), (5) ó (7) 1.5 a 2 pies. 2 pies o menos.


31

Notas:

Carga de roca Hp en pies de roca sobre el techo de soporte en galería de ancho B y altura Ht a

una altura mayor que 1.5 (B + Ht) pies.

Se asume que el techo está situado bajo la napa freática, si el techo está permanentemente por

encima de esta, los valores para (4) y (6) se pueden reducir en un 50%.

En la anterior tabla, la columna 1 clasifica las condiciones del terreno usando las propiedades físicas y composición mineralógica de la roca. Las 10 condiciones expuestas se aplicarán a cualquier tipo de terreno. La columna 2 da la fórmula para

calcular la máxima altura Hp, de roca libre; en otras palabras, la altura a la cual es probable que se forme un arco de roca permanente (a falta de un mejor término se dice arco, sin embargo existen graves dudas respecto a si verdaderamente se forma un arco

en realidad). Finalmente la columna 3 sugiere el espaciamiento entre cuadros.

En la figura anterior la presión promedio de la galería está determinada por Ph = 0.3 W

(0.5 Ht + Hp) lb/pie2, en donde W es el peso por pie cúbico de material arenoso de libre flujo. La presión se considera como resultante de un material con una consistencia y la

facultad para fluir como arena. Esta analogía es justificable ya que ciertas rocas bajo alteración formarán masas arenosas (por ejemplo ciertos granitos, gneises y esquistos).

Tabla 3. Peso de rocas

Material Peso in situ, lb/pie3

Basalto

Dolomita Gneis

Granito Caliza Arena seca

Arena mojada Arenisca

Esquisto Lutita Pizarra

175 – 192

131 – 168 165 – 182

145 – 176 131 – 168

120

133 125 – 168

168 – 182 125 – 168 170 - 180


32

Asignar el valor a W es de difícil solución y requiere bastante conocimiento del terreno en donde se trabaja.

La figura anterior sugiere que la carga sobre el sombrero resulta de la combinación de dos porciones diferentes de masas de roca suelta. Una de éstas, Wa, dependerá en

volumen, del punto en el cual el arqueamiento (estabilización) comienza. Esta zona tiene una sección rectangular (sección A). encima de la sección A, la masa suelta asumirá una forma más o menos irregular, dependiendo de las propiedades físicas de la

roca. Para efectos de esta discusión, el contorno que representa el arco se tomará como WB o WC. La carga total W sobre el sombrero resultará de WA + WB o WA + WC. El

bloqueado del sombrero se asumirá ser tan ajustado que el sombrero, al menos recién instalado, soportará a W sin ayuda de los postes.

El problema general se basa en datos bastante inciertos, por lo tanto se ignora el peso del sombrero ya que este sería despreciable comparado con el peso de la roca.

La siguiente tabla da los esfuerzos esenciales de trabajo para especies de madera de uso más común en las minas. Los esfuerzos de trabajo listados en la tabla han sido ajustados

de tal manera que estos puedan aplicarse a materiales similares, de calidad común y probablemente un poco húmedos. La mayoría de madera para mina deberá ser tratada

para su protección contra la descomposición. Los valores de esta tabla son conservadores.

La tabla 3 (de Proctor and White, 1946, p. 232) proporciona datos para unos pocos tipos de roca comúnmente hallados. Cuando el material se afloja o cae o ejerce una acción de esponjamiento debido a una alteración, el peso por pie cúbico será menor. Se asume que

la disminución quedará a juicio y experiencia de quien use estos datos.

TIPOS DE ENMADERADO.

PUNTALES O POSTES

Los puntales o postes a ser utilizados en las labores mineras pueden ser ya sea redondos

o cuadrados. Los puntales redondos son aquellos leños naturales, cortados y utilizados en su forma natural. Se prefiere los puntales cuadrados cuando el tamaño del tronco permite aserrarlo para así obtener diferentes puntales. El cortado no debe destruir la

albura de la madera u ocasionar daños al grano o la fibra del puntal. Los puntales redondos varían en diámetro desde 6 a 18 pulgadas. La relación entre el diámetro a la

longitud es de 1 a 12; lo que significa que si una labor es de 4 pies de alto, esta requerirá de un puntal de 4 pulgadas de diámetro como mínimo, sin embargo un puntal de 6 pulgadas será mas seguro. Los extremos del puntal se cortan dentro de las dos pulgadas

del alto de la labro, a pesar de que una mayor longitud permitirá a los enmaderadotes acomodarlo a cualquier situación. Los puntales deben ser rectos y deben tener los

bordes a escuadra. Cuando estos son colocados de manera perpendicular, el peso soportado actuará a lo largo del eje del puntal. Un puntal encorvado o torcido tenderá a arquearse y salir de lugar si se aplicase una fuerza a este. Similares resultados se

obtienen de un puntal mal cortado, en donde los extremos no están a escuadra; ya que no todo el extremo de este esta soportando la carga, perdiéndose así la ventaja del

puntal. Los extremos a escuadra permiten que la superficie de contacto del puntal sea usada de la manera mas eficiente.


33

SOMBREROS

La función del sombrero es de distribuir la resistencia del puntal a lo largo de una mayor superficie y prevenir que el puntal se introduzca en el techo como ocurriría de no ser

empleados. El sombrero debe ser de madera suave y debe cubrir completamente el extremo del puntal. Ya que el peso del techo es transferido al puntal, el extremo de este

se introducirá en la madera suave, haciendo que estas se sellen juntas previniendo el aplastamiento del extremo del puntal. La pieza de sombrero, normalmente empleada con un puntal, es una pieza de madera en forma de cuña con una longitud suficiente

para sobresalir de 2 a 6 pulgadas en ambas direcciones por detrás del borde el puntal.

COLOCACION DE LOS PUNTALES

Los puntales se emplean para tres propósitos generales. El primero es para sostener en su sitio el techo adyacente y prevenir la caída de rocas. El segundo es para dar

advertencia del incremento de presión en la zona de las labores. Los puntales deben colocarse ajustados de tal manera que emitan un sonido al romperse con la presión. El

tercer propósito es el de sostener el techo cuando su movimiento es prácticamente inevitable. En este caso los topes deben ser diseñados a fin de que se aplasten o el puntal debe ser colocado encima de un cuadro de aplaste, el cual a su vez se ubica en un

pequeño montículo de tierra, en el cual el puntal se acuña. Esto permite que el techo se acomode sin romper el puntal de manera inmediata, prolongando así su vida útil. En

donde existan estratos de pizarra por encima de la veta, y estos sean menores a 3 pulgadas de espesor, lo mejor es desquincharlos. En donde esta pizarra se encuentre entre 3 y 6 pulgadas de espesor puede ser suficiente una hilera simple de puntales a lo

largo de la zona de desmonte. Si el techo es pobre o la pizarra es muy gruesa. Podría ser necesario utilizar sombreros extra largos a fin de obtener una mejor superficie de carga. La mejor práctica es la colocación sistemática del enmaderado, sin importar si la

apariencia del techo indica o no la necesidad de sostenimiento. El sistema a ser adoptado deberá ser determinado para cada mina a partir de las siguientes condiciones:

el ancho de la abertura, la altura de la veta, la naturaleza del techo y del piso, el espesor de los pilares y la ubicación del camino en el área de trabajo de la labor

Una vez adoptado un sistema, este deberá ser estrictamente aplicado en tanto las condiciones permanezcan invariables. Un ejemplo son las cámaras de 10 a 12 pies de

ancho, las cuales deben tener una línea de puntales a lo largo de la línea media de la cámara a centros de 4 ½ pies. En este caso los pilares son de un grosor de 40 a 80 pies de ancho.

SOPORTE SIMPLE DE GALERÍA.-

La parte b de la figura 2.3., tiene tres ventajas como una situación alternativa para

galerías: (1) el soporte del techo puede no ser necesario; (2) cuando comienza la explotación, la necesidad de pilares para el techo y piso será eliminada y el mineral no quedará en el sitio; (3) el tajeado interferirá menos con otra operación en la galería. La

situación (b) tiene una desventaja para el prospector: su galería no esta sobre veta. Por lo tanto será necesario un crucero adicional a intervalos, lo cual significa un gasto más y

pérdida de tiempo, factores importantes para el prospector y el minero con recursos limitados. Nótese que el ángulo subyacente demanda un puntal de mayor longitud que la distancia

perpendicular entre las cajas, de esta manera la tendencia natural del puntal es a ajustarse al aumentar la carga.


34

CABEZALES (PLANTILLAS).-

En la siguiente figura 3 se muestran dos tipos de plantillas para puntales o sombreros que han sido aplicadas ampliamente en minería mundial. La de la figura 3(a) se usa por

lo general solo con sombreros de galería y la de la figura 3(b) se emplea con sombreros de cuadros de tajeo.

En la figura 3 se muestra una plantilla de aplaste, la que tiene un fin concreto. A medida que aumenta la presión de las cajas, las plantillas, que forman una estructura como de

una caja fallan gradualmente para formar una masa sólida de madera rota, figuras 5(b) y 5(e). Cuando se llega a la condición 5(b) (con todos los miembros de la plantilla en contacto íntimo entre si), las plantillas deformadas de ambos extremos deben de ser

retirada, cambiadas por otras y bloqueadas. En caso de que estas no se reemplacen el sombrero quedará destruido en último caso. La falla del sombrero ocurre como se ve en

5(c), pero también podría ocurrir como en 5(d). La ruptura del sombrero como se ve en 5(d) puede también resultar de una carga muy encima de este (para prevenir esta falla anule la presión removiendo la roca rota que esta encima del entablado).

El inventor de la plantilla de aplaste es desconocido. Su propósito e intención merece

mucho crédito, pero por alguna razón inexplicable, sus ventajas son rara vez utilizadas. En su lugar se permite la falla de los sombreros y tiene que emprenderse el pesado trabajo de instalar uno nuevo. Sería muchos más fácil y menos costoso reemplazar las

plantillas cuando estas lleguen a la condición 5(b).

En la práctica los sombreros de galería con plantilla aplastante tienen entre 15 y 16 pulgadas de diámetro y más o menos 8 o 10 pies de largo


35

.


36

Los sombreros en los tajeos (un método incorrectamente clasificado como explotación por conjunto de de cuadros, pero más correctamente conocido por puntal y relleno)

necesitan plantilla aplastante, plantillas planas como las que se ve en la figura 3(b) so suficientes. De acuerdo con el ancho de la veta, estos sombreros pueden llegar a 16 pies

de longitud; son diámetros son de 16 – 18 pulgadas. Ocasionalmente se colocan pedazos muy pequeños de puntales en los extremos de los sombreros para llegar a las cajas en los lugares extra anchos o para reducir la cantidad de plantilla y bloques.

Los cuadros de madera de las figuras 4(a) y 7(b) son semiarmados. Los sombreros son

troncos descortezados con los extremos a escuadra y a los que se ha quitado una rebanada encima y en la parte inferior (puede usarse madrea aserrada). Para cuadros de galería se usan postes de mas o menos 8 pulgadas o material de gran diámetro. En los

tajeos es suficiente un material más o menos de igual diámetro aserrado a lo largo de dos mitades. Si se nota presión vertical, serán necesarios postes de gran diámetro.

CUADROS DE APLASTE (FIGURA 7).-

La figura 7(a) muestra un conjunto completamente armado. El propósito del cuadro

pony es doble: (1) proporciona un camino seguro y espacio para que el chutero pueda operar y cargar los carros y (2) proporciona un cuadro de aplaste para proteger el cuadro

principal de galería, si la presión del techo se hace muy fuerte. En el caso de que se espere esta última condición, el tamaño de la madera del cuadro pony debe ser un tamaño estándar menor que la madera del cuadro de galería. La Figura 7(b) muestra el

cuadro de aplaste cuando se usa madera sin armadura. El propósito de los cuadros de aplaste es asegurar un acceso de operación a la galería. Por lo tanto, cuando el cuadro de aplaste haya fallado al punto en que la destrucción de la galería sea inminente, los

escombros resultantes de la destrucción del cuadro deben quitarse e instalar un nuevo cuadro.


37

ARMADO DE CUADROS DE GALERÍA.-

Nótese el empleo de cuñas para ayudar a sostener el andamio, como una medida de

seguridad. Dos hombres y un sombrero pesado pueden causar la caída del andamio. Varias de las figuras ilustran otras aplicaciones de las cuñas.

CONSTRUCCION DE ECHADEROS.-

La figura 11 ofrece sugerencias para seleccionar detalles de echaderos. Los echaderos (c) y (d) se usan donde el soporte del terreno es innecesario. Generalmente es posible

sostener el peso de la columna principal de mineral roto sobre la roca sólida, mejor que sobre el piso enmaderado del echadero. Este procedimiento debería considerarse cuando se diseña un echadero. La recuperación posterior de las partes reutilizables también

debería considerarse en el diseño de echaderos.


38


39


40


41

SOPORTE DE CUADROS DE PIQUE.-

Se recomienda el uso de soporte de cuadros de pique a intervalos de 100 pies. Estas se usan para soportar los cuadros mediante pernos colgantes en caso de que el bloqueado

comience a aflojarse. Se puede usar tanto en largueros sobre caja como en largueros de caja a caja.

ENCRIBADO.-

En el terreno pesado o descompuesto y fluido el bloqueado que se ve en la figura 17(g)

puede remplazarse o suplementarse con un entablado de eucalipto de 6 a 8 pulgadas de diámetro por 5 pies de longitud, rajado en forma tal que se tenga de 4 a 6 piezas de

forma triangular. Este encribado es firmemente sujetado entre el encribado y las cajas. El movimiento del terreno es soportado por la compresión del eucalipto.


42


43

APLICACIÓN DE PUNTALES.-

La figura 18(d) sugiere una forma de sostener un área hundida siguiendo la falla de la madera de sostén. Es mejor prevenir desde el principio situaciones de este tipo. Por lo

general solamente un carro lleno cae al principio. Esta roca caída se limpia, pero más se hace para agarrar el techo. Eventualmente se desarrolla un gran derrumbe que es difícil

de llenar y es difícil de detener el hundimiento subsiguiente del techo. Una acción correcta inmediata habría evitado un mayor engrandecimiento del área hundida. La extensión del derrumbe o el desplazamiento de los soportes de madera se puede reducir

enormemente si de adoptan las medidas correctivas con prontitud.


44

TERRENO SUELTO O DESCOMPUESTO Y FLUIDO.

Las zonas falladas, terreno descompuesto y condiciones similares son frecuentemente imposibles de penetrar y sostener mediante procedimientos ordinarios. Esta figura

muestra y explica como usar los pilotes (Marchavantis). Los pilotes son colocados con un combo o mazo, o a veces mediante un bloque pesado colgado de un cable. Para

proteger el extremo del pilote se pone temporalmente un casquete de hierro durante la colocación. Cuando se termina el trabajo, los extremos salientes son cortados.

Los piques han sido profundizados a través de terreno suelto congelando primero el

lugar. Para una descripción del método consultar con Peele (1era edición, 1941, sección 8, p. 20). Un método similar se podría usar para seguir galerías a través de terreno

mojado o suelto.

Ha sido también inventado un método conocido como inyección química para tratar de estabilizar los terrenos sueltos.


45

PIQUES VERTICALES E INCLINADOS.-

La presión del terreno para los primeros cientos de pies de un pique es rara vez importante. Los cuadros, ya sean de madera, de acero, anillos de concreto se instalan

para dividir la sección transversal en compartimientos; para tener medios para instalar guías para jaula o balde y para prevenir caídas de roca en el pique. El espaciamiento

entre cuadros es generalmente de 5 pies de centro a centro.

Las dimensiones de los miembros dependerán de las condiciones del terreno. Para minas relativamente poco profundas serían satisfactorios maderos de 8”, al aumentar la

presión del terreno pueden ser necesarios maderos de 12” x 12” o más grandes. Bajo condiciones excepcionalmente malas, puede ser necesario instalar un cuadro de aplaste

entre el cuadro principal y la superficie de la roca. Un cuadro de aplaste consistiría de largueros sobre caja y de caja a caja, separados del cuadro principal por bloques, los cuales fallarían antes de que ocurra un daño excesivo del cuadro principal.

La práctica de recuperación de los pernos colgantes después de completar el enmaderado es de dudosa utilidad. Si el bloqueado se afloja, los cuadros pueden caerse

con serias consecuencias.

Las figuras 20 y 21 ilustran el diseño para operaciones de pequeño tonelaje. Si el pique se profundiza con solo dos compartimientos, uno deberá usarse para la jaula y carro.

Se deberá levantar un camino en el compartimiento restante. Las escaleras en el camino no deberán exceder los 20 pies de longitud, será inclinado y cada sección comenzará

desde el extremo opuesto de una plataforma. Para un izaje económico, se deberá instalar un contrapeso en el compartimiento de camino. En contraposición a la creencia general esta instalación no es ni costosa ni difícil.

Si se profundiza un pique de 3 compartimientos, 2 serán disponibles para el izaje y uno para camino. Para menos de 300 a 500 toneladas por día se debe usar una operación en balance parcial. Para mayores tonelajes se emplea uno de los dos arreglos siguientes: (1)

una jaula con un balde suspendido debajo o (2) una jaula balde cambiando de colocación. Por lo menos una jaula debe ser aprovechable de manera continua. Para un

pique de tres compartimientos probablemente la primera disposición es la mejor.

Para un pique inclinado, la disposición de las escaleras dependerá de la inclinación del pique. Hasta más o menos 45º, no son necesarias las plataformas de descanso. Para

mayores inclinaciones deberá haber frecuentes interrupciones en una escalera continua.


46


47


48

ENMADERADO CON CONJUNTOS DE CUADROS.-

Como se indica en la siguiente figura, los cuadros son diseñados ya sea para cargar sobre el poste o sobre el sombrero. Si la carga del terreno actúa bajo un ángulo tal que

los componentes ejercen una fuerte presión tanto sobre el poste como sobre el sombrero, entonces será necesario un cuadro más complejo.

Cuando es seleccionado un diseño de cuadros, uno debe adoptar aquél que tenga el menor número de destajes pero que proporcione el máximo soporte. Un número excesivo de destajes aumenta poco a la resistencia del cuadro y hace difícil su armado.

Más aún, es difícil establecer contacto y sostén entre las muchas caras (en realidad muchas caras pueden prevenir un máximo soporte).

Es importante recordar que solo 3 piezas de cuadro se usan para describir un conjunto de cuadro o para expresar su eficiencia y economía. Por ejemplo, el pie cuadrado de madera en un cuadro se refiere únicamente al conjunto sombrero, poste y tirantes. En

forma similar, el número de destajes significa el número total de cortes para estos mismos tres miembros.

Los conjuntos de cuadros deben ser bloqueados, bien ajustados y completamente rellenados con relaves o desmonte. El no seguir este principio puede ocasionar la pérdida del tajeo.


49

SELECCIÓN DE LA MADERA Para llegar al tamaño de los elementos que harán de poste y sombrero, se tomarán algunas libertades menores en la aplicación de las fórmulas. Estas libertades son

justificables en terrenos en que Hp y W no son objeto de determinaciones exactas y que todas las asunciones son de tipo conservador.

ESFUERZOS PERMISIBLES PARA MADERAS EN MINAS DE AIRE SECO

(lb/pulg2) (2)

(1)

Especies (3)

(2)

Fibra más

distante a

la flexión

(3)

Compresión

perpendicular

a la flexión

(4)

Compresión

paralela a la

fibra

(5)

Fórmula de las

columnas (P/A)

(4) Fresno, blanco Comercial Cedro, rojo Oeste Ciprés del sur Abeto Douglas Costero, fibra apretada Abeto Douglas D las mont. rocallosas Abeto Blanco comercial Pino del oeste Arce, azúcar y negro Doble rojo Blanco comercial Pino blanco Del oeste blanco Del norte blando Amarillo, blanco Pino rojo Pino de fibra larga Pino de fibra corta Abeto rojo Blanco Pino alarce

1100 (7000)

800 (5300)

900 (7200) 1700

(8100) 1200

(6300) 1200

(6300) 1100

(6800) 1200 8900 1100

(8100) 800

(6000)

900 (9400) 1300

(9300) 1000

(7700) 1000

(6700) 900

(8000)

450 (1300)

230 (610) 170

(900) 345

(910) 310

(820) 300

(610) 220

(680) 450

(1500) 450

(1300) 150

(600)

150 (830) 260

(1200) 170

(1000) 180

(710) 220

(990)

1300 (6400)

900 (5000) 1100

(6400) (1600) (7400) 1200

(6100) 900

(5400) 1200

(6200) 1400

(7200) 1300

(7000) 900

(5100)

900 (7300) 1300

(8400) 1100

(7100) 1100

(5600) 1000

(7200)

1300(1-L/60d)

900(1-L/60d)

1100(1-L/60d)

1600(1-L/60d)

1200(1-L/60d)

900(1-L/60d)

1200(1-L/60d)

1400(1-L/60d)

1300(1-L/60d)

900(1-L/60d)

900(1-L/60d)

1300(1-L/60d)

1100(1-L/60d)

1100(1-L/60d)

1000(1-L/60d)

(2) Modificado del “Manual de Madera” & “Mine Plant Design” – Stanley

(3) Los valores entre paréntesis son resistentes a la altura.

(4) L = Longitud de pandeo de la columna en pulgadas; d= Menor dimensión de la columna o diámetro de

la columna si es redonda, en pulgadas.

sostenimiento

Documents