universidad nacional de trujillo. sostenimiento de labores

UNI - FIGMM

sostenimiento de labores mineras subterráneas

Elementos de sostenimientos Elementos de sostenimientos Elementos de sostenimientos Elementos de sostenimientos Escuela de Ing. de minas UNT.Escuela de Ing. de minas UNT.Escuela de Ing. de minas UNT.Escuela de Ing. de minas UNT.

SOSTENIMIENTO • Hoy en día la Minería Peruana ya comenzó a entender que invertir en

seguridad es también invertir en la calidad y en la productividad, todo accidente es evitable si toda la organización que lleva a cabo la operación minera esta capacitada, entrenada y motivada.

• Los actos inseguros, el incumplimiento de las procedimientos y la menor supervisión, son algunos de los factores comunes de accidentes, a ello se suman peligrosamente el exceso de confianza, las comunicaciones inapropiadas, la falta de entrenamiento y la planificación inadecuada del trabajo.

• La caída de rocas es el principal problema en la mina, para poder mantener unida la masa rocosa debemos poder entender como se deshace; esto se debe al destresamiento de la masa rocosa; la masa rocosa auto genera una serie de esfuerzos que desequilibran la excavación minera haciéndola riesgosa

Estadistica de Accidentes

• Uno de los graves problemas de la minería peruana es el alto índice de accidentes fatales, si bien las causas pueden ser muchas, la principal es un inadecuado sistema de control en la estabilidad de las rocas.

• Se debe realizar oficialmente la solicitud de que alguna empresa privada permita el acceso a las áreas en estudio, para que posteriormente de acuerdo a la técnica de la geotécnia y software, puedan permitir visualizar el ¿por qué? de la distribución del macizo rocoso.

0

MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINASDIRECCIÓN GENERAL DE MINERÍA

DIRECCIÓN DE FISCALIZACIÓN MINERA







FEB. ABR. MAY.ENE. MAR. JUN. JUL. AGOS. SET. OCT. NOV. DIC.Leyenda :

Total de FatalesDesp. de Rocas

2

4

6

8

10

12

ACCID. FATALES : 2004TOTALES VS. DESP. ROCAS

75

60

45

30

1515

56

2

98

5

2

9

1

3

4

7

5

1

ACCIDENTES FATALES AÑO 2003

CUADRO COMPARATIVO 2003

7

7

3

1

1

1

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

DESPREND. DE ROCAS

TRANSITO

CAIDA DE PERSONAS

EXPLOSIVOS

OPERAC.MAQUINARIAS

EXPLOSIONES

ASFIXIA

SEGURIDAD• El problema de fondo radica en los valores, creencias, costumbres,

percepciones y actitudes de los gerentes y trabajadores; es decir aquello que se ha venido a denominar cultura de seguridad, aspecto que juega unrol fundamental, determinando el éxito o el fracaso, una cultura que equilibre el factor económico con el correcto manejo del sistema de seguridad.

Elementos de sosteniminetos

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

SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO DE ROCAS

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

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

Perno de Roca

Pernos de roca

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

BARRA HELICOIDAL

BARRA HELICOIDAL

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

BARRA HELICOIDAL

* Su uso esta orientado a perforaciones de diámetro como promedio de 36 mm.

• * La barra helicoidal esta diseñado para incrementar la capacidad de transferencia de carga.

Instalación • Puede realizarse con perforadora manual neumática o jumbo

electrohidraulico.

• La longitud de perforación debe ser menor a la longitud del perno para permitir la instalación del sistema de fijación plancha tuerca.

• Si se decide por resina los pernos a usar tienen un corte a bisel de 45° para facilitar la rotura de los cartuchos.

Instalación• Aseguramiento de tuerca y plancha sobre el perno.

• Revisión de la perforación que se encuentre libre de elementos que puedan obstruir la instalación del perno que tenga la longitud especificada la rugosidad que presenta la pared de la perforación es un factor importante ya que si es poco rugoso o esta cubierta de material suelto puede reducir significativamente la adherencia entre roca y anclaje.

• La planchuela y la tuerca se colocan una vez que el cemento y/o la resina han logrado su fraguado

Especificaciones técnicasPresentaciones de 9 y 12 metros y de 22 a 25 mm. de diámetro

Dimensiones y tolerancias

11.09+0.1-0.2

3.6+0.5-0.3

12.5+0.1-0.2

4.6+0.5-0.3

Paso del hilo mm

Ancho de resalte mm

3.85

22 2.98

25

Diámetro Nominal mm

Masa Kg/m

Especificaciones técnicas

Propiedades Mecánicas

• Resistencia a la tracción, min: 70.3 kg/mm2

• Alargamiento mínimo: 7%

Ventajas

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

La inyección de lechada o resina protege a la barra de la corrosión, al mismo tiempo que le asegura la adherencia permanente a la roca. Para usos habituales, en ambientes de

baja agresividad, no requiere de protección adicional contra la corrosión.

El diámetro de instalación no es crítico para su instalación.

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

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

La placa base de forma curva y con perforación central cónica, junto con la tuerca de base esférica, puede adaptarse a las irregularidades de la superficie rocosa, actuando como rótula. No es necesario construir bases de apoyo con mortero, o equivalentes, ni usar golillas para ajustar desviaciones de la ortogonalidad entre la barra helicoidal y placa.

El diámetro de instalación no es crítico para su instalación.

Especificaciones Roscas de 5/8”

Diámetro de la perforación 32 – 38 mm

Profundidad de la perforación - Longitud del perno más 50 mm

‘’Torque’’ torsión instalada - 136 - 272 NM (100 - 200 Ft. Lb.)

LTHFE Diámetro de la barra

+ - 6,4mm139,7mm (5 1/2’’) 5/8’’

0,476’’1,088’’ a 1,125’’

5/8’’ 0,559’’ + - ,007’’

Longitud según especificaciones Roscas

Altura de la cabezaEspesor de la cabeza

Anclaje

Instalación

Revisar el estado del perno, las roscas y el anclaje. Asegurar que los anclajes se girar libremente. Ajustar el anclaje al diámetro del taladro. Sacar la camisa plástica del anclaje antes de insertarlo. Se recomienda un “torque” y tensión adecuada para la

instalación.

Instalación

Revisar el diámetro de la broca y limpiar el taladro

Colocar la platina

Colocar la cabeza expansiva Se instala el perno con la perforadora se hace un torque de 90 a 150lb

Instalación

• La recomendaciones referente a la Tensión al Momento de la Instalación;

Conversión

kN X 225 = Lbs X .00445 = Kn

Fluencia Tensión Instalada

MIN MIN MAXACERO DIÁM

.(LBS) (KN) (LBS) (KN) (LBS) (KN)

C1060 9/16’’ 13,600 60.5 6,800 30.25 10,880 48.4

InstalaciónPérdida de la Tensión y la Resistencia - Instalación Angulado;

Ejemplo

Tensión de la instalación = 180 Ft. - Lb.

Acero C1060

Cabeza forjada

Control de calidad

Control de calidad• En el gráfico Fig. 1 se puede apreciar un desplazamiento total de 19

mm, ante una carga de 11 toneladas, en el gráfico.

• Esta prueba fue realizada sólo con la barra de acero (sin anclajes). Las pruebas demostraron que la barra de construcción es más rígida y, tiene menor elongación por su longitud.

Pernos de roca con resina • Resinas

Estos pernos con resinas se usan para terrenos con filtraciones o con cartuchos de cementos para terrenos humedos a secos usando pernos de 5 a 10 pies de longitud y de 19mm de diámetro.

las resinas y catalizadores, los que están contenidos en forma separadas dentro de ampollas de plástico, estas cápsulas son empujadas dentro del agujero mediante bastones, a continuación se introduce la barra aplicándole movimientos de rotación, esto provoca la rotura de las ampollas y la resina se mezcla con el catalizador.

Pernos de roca con resina• Resistencia al Arranque : desde 1.5 a 3 Ton / pie colocado.

• Diámetro de broca 36 mm.

• Las barras se anclan muy bien en toda la longitud y su instalación es muy fácil. Las resinas son caras y muchas tiene un tiempo de vida limitado, particularmente en climas cálidos.

Especificaciones de la Resina:DIMENSIONES - 28 x 305 mmTIEMPO DE FRAGUA RÁPIDA ( 1 - 2 minutos, color negro )LENTA ( 4 - 6 minutos, color crema )

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

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

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

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

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

Especificaciones de la Resina:

Pernos de roca con Cartuchos de Cemento

El cartucho contiene una base de cemento y aditivos incluido un acelerante en un envase de plástico perforado.

Vencimiento / Almacenaje: 6 meses en lugar secoTiempo de fragua: 24 horas NORMAL

8 horas RÁPIDA Resistencias mínimas de Cartuchos de Cemento;Compresión uniaxial 60 MPaTracción 20 MPaCizalla 50 MPa Para una resistencia de 10 toneladas por pie ( 305 mm )

FÓRMULA PARA CALCULAR LA LONGITUD EFECTIVA DEL MORTERO

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

Temperatura vs. Tiempo de fragua

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

Instalación de pernos deformados con cartuchos de resina:• Insertar un mínimo de dos cartuchos de resina rápida en el fondo de la

perforación seguido con resina lenta o cartuchos de cemento hasta llenar la perforación. Longitud de la perforación = longitud del perno + 5cm máximo.

• Apisonar bien los cartuchos de resina en el fondo de la perforación, empleando un atacador de madera.

• Insertar y girar el perno a máxima rotación por 20 - 25 segundos utilizando un adecuado adaptador.

• Después de haber concluido el tiempo de rotación del perno, este debe quedarse en su colocación sin movimiento por 1 - 2 minutos. No olvidar que los componentes de la resina después de haber sido mezclados inicia su gelificación (fragua inicial) para consolidar la adherencia entre el perno, resina y la roca.

Instalación con cartuchos de Cemento

• El cartucho contiene una base de cemento con aditivos especiales en un envase plástico. Para una buena instalación los cartuchos deberían estar en el lapso de 5 a 20 minutos remojados e instalados (no dejar los cartuchos en el agua por más de 20 minutos). Diámetro de la perforación = diámetro de la barra + 10 a 25 mm

Instalación con cartuchos de Cemento 1. Insertar un mínimo de dos cartuchos de resina rápida, al fondo

de la perforación seguido con cartuchos de la resina lenta o cartuchos de cemento para llenar la perforación

Instalación con cartuchos de Cemento2. Insertar la punta en bisel de la barra por 0,5 m, doblar la barra

5-10 grados para mejorar la acción cementante de la resina.

Instalación con cartuchos de Cemento

3. Empujar la barra y girar lentamente con un adaptador hasta llegar a la superficie de la roca, después girar a máxima rotación por un mínimo de 15-20 segundos, esperar el tiempo de fragua de la resina rápida sin movimiento por un mínimo de 1 minuto, remover la tuerca con tope. Después del período de espera, girar la tuerca superior para pegar la planchuela contra la roca y para tensar el perno.

Split Set

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

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

Split Set

Split - set

• Es simple y rápido para instalar .

• No se puede tensar y se activa por el movimiento de la roca.

• En algunas oportunidades, donde se ha requerido un soporte por largo tiempo, se han presentado problemas por oxidación.

• El dispositivo no puede ser inyectado con mortero.

PRINCIPIO FÍSICO MECANICO DEL FUNCIONAMIENTO• El perno estabilizador es insertado en una perforacion de diámetro

menor, la que actúa como una matriz comprimiendo el estabilizador al diametro de la perforacion, cerrando parcialmente la ranura durante el proceso.

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

Especificaciones • Longitudes : 4’ – 5’ – 6’ – 7’

• Diámetro externo ( E ) : 39 - 39.5 mm

• Ahusado ( A ) : 30 - 34 mm

• Longitud ahusado ( B ) : 70 mm

• Espesor acero ( D ) : 2.3 mm

• Ranura ( C ) : 14 mm

• Anillo Ø : 6 mm

Especificaciones• Placa de sujeción

• C : 40 mm

• B : 4.5 mm

• A : 15 mm

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

• Tipo de roca (el “Split Set” tiene desempeño favorable en rocas Tipo II y III (RMR >50,GSI: F/R, MF/R, MF/P).

• Diámetro de perforación ( recomendable 36 – 38 mm )

• Presencia de fallas y fracturas.

• Angulo de instalación del “Split Set” formado con la superficie de la roca a soportar.

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

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

Control de calidadPruebas de confinamiento

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

CARGA - DESPLAZAMIENTO

0

500

1000

1500

2000

2500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

DESPLAZAMIENTO (mm)

CA

RG

A (

Kg

s)

Swellex

Swellex

• Los pernos de anclaje de Swellex son tubos de acero de alta calidad, herméticos, de doble plegado, que se expanden con bombas de agua de alta presión dentro de un hoyo pre-perforado.

• La expansión del tubo genera fricción de contacto y vinculación mecánica entre el acero y la roca produciendo un refuerzo en forma de columna en la roca.

Swellex

Características• El Swellex se adhiere a las irregularidades del barreno perforado y

proporciona inmediatamente capacidad de columna completa y carga total.

• Swellex se deforma para acomodarse a los movimientos del terreno, al mismo tiempo que conserva la capacidad de soportar la carga.

• La instalación manual es fácil, rápida y no requiere equipo pesado.• Swellex es versátil y se puede usar en cualquiera geometría de

excavación • Con la instalación de pernos mecanizada, Swellex reduce

dramáticamente el tiempo improductivo, problemas y el consumo de partes de desgaste de los equipos apernados.

• Swellex es insensible a las voladuras y variaciones de diámetro del barreno.

Instalación Una vez perforado el taladro, se introduce el tubo en la boquilla del brazo de instalación por el casquillo de inflado. Luego se introduce el tubo en el taladro. Hecho esto, mediante la bomba se aplica agua a alta presión para inflar el tubo, proceso que dura unos pocos segundos.

Cuando la presión del agua llega a 30MPa, la bomba se para automáticamente, quedando el swellex expandido en toda su longitud dentro del taladro. Debido al proceso de inflado, la longitud del perno se reduce por contracción, lo cual produce un empuje de la placa de reparto contra la roca con una tensión axial de 20 KN.

Longitud y espaciamiento de los elementos de sostenimiento

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


Algunos métodos para determinar la longitud de un Perno para Roca

• a) La profundidad de las capas (X) a soportar, longitud del perno

( L) = X + 0.75 m.

• b) Dimensión de los bloques (X) a soportar, longitud del perno

• (L) = X + 0.75 m.

• c) L = 1.4 + (0.15 X W) por L = longitud del perno, W = Ancho de

• la apertura en metros.

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


Otras recomendaciones:

Techo 1/3 de W = Longitud perno

Paredes 1/5 de Altura = Longitud perno

Resistencia en tracción en la zona anclada de los Elementos de Sostenimiento

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

Comparación de los Elementos de Sostenimiento y la Longitud Mínima Anclado

Pernos con Anclajes de ExpansiónPerno Barra Construcción 3/4”, Cementado Estabilizadores de Fricción 39mm Cable de Acero, Lechada de Cemento

305mm (12'')450mm (18'') 915mm (36'') 610mm (24'')

12,5 14,0 3,0 22,0

Elemento de SostenimientoLongitudMínima Anclado

ResistenciaToneladas

Máx

Espaciamiento de los Elementos de Sostenimiento• L \ E = 1,75 donde; L = Longitud del perno, E = Espaciamiento de los

pernos

Normalmente el espaciamiento de los pernos de sostenimiento instalado sistemáticamente resulta en un mínimo de 1,0 metro y un máximo de 1,5 metros. El espaciamiento entre Elementos de Sostenimiento puede cambiar cuando se combina con otros sistemas; ya sea: shotcrete, malla de alambre, cintas metálicas etc.

E / L = 1.75

Colocación y Angulo de InstalaciónLa superficie de la roca es significativa en la planificación del espaciamiento de los pernos, por la existencia de bloques y de las fracturas (A), o la orientación de los estratos (B) requieren una flexibilidad en la colocación de los pernos.

Colocación y Angulo de Instalación

La correcta colocación de la platina de apoyo de un perno para roca mejorará la fortificación del terreno. Los ángulos de un perno con la superficie de la roca deben tener 90 grados o un máximo de inclinación de 10 grados y la platina debe colocarse pegado a la roca, (ejemplos de correcta instalación B, D) (ejemplos no aplicables A, C y E)

Angulo de la Instalación

Para asegurar el sostenimiento adecuado de la roca, los elementos deben ser instalados a 90 Grados con un máximo de inclinación de + - 10 grados con la superficie de la roca. Como se indica en el dibujo se pierde 0.7 m de la profundidad de un perno de 2.1 m al realizar una instalación a 45 grados.

Angulo de Instalación y la pérdida de resistencia de un perno

Angulo de instalación y la resistencia última de un perno para roca. Con una inclinación de 45 Grados un perno puede perder 30% de su resistencia

Cables de Acero

Cables de Acero

Los cables son elementos de reforzamiento, hechos normalmente de alambres de acero trenzados, los cuales son fijados con cemento dentro del taladro en la masa rocosa. El cable comúnmente usado es el denominado “trenzado simple” conformado por 7 alambres, que en conjunto tienen 5/8” de diámetro, con una capacidad de anclaje de 25 Ton. Pueden ser usados en cualquier longitud, en el rango de 5 a 30 m, ya sea en la modalidad de cable simple o doble. Desde luego hay una gran variedad de cables, destacando en la industria minera aparte del indicado, los cables destrenzados, para mejorar la adherencia del cable con el cemento.

Tipos de cables

TIPO NORMAL

TIPO BULGE

Dispositivos de ajuste: Existen dispositivos para estirar o ajustar los pernos del cable, si fuera necesario. Estos ajustadores pueden usarse también en pruebas de resistencia, así como para colgar la malla o cintas.

Aplicación de relleno

El relleno aumenta la capacidad de sostenimiento; dicho relleno esta compuesto generalmente por cemento portland y agua, se puede utilizar aditivos para mejorar la fluidez de la pasta sin alterar sus características.

Usos de los cables de acero

Paredes o cajas de los tajeos abiertos Techo de los tajeos abiertos

Corte y relleno

Usos de los cables de acero

Pueden ser utilizados como refuerzo y sostenimiento.

En galerías e intersecciones Ore pass

Especificaciones

Instalación Método del tubo respiraderoÉste es el método tradicional para instalar cables de trenzado simple en taladros ascendentes. La pasta de cemento, que tiene usualmente una relación agua/cemento alrededor de 0.4, es inyectada en el taladro a través de un tubo de ¾” de diámetro o más, colocado en el collar del taladro. El aire desfoga a través de otro tubo de diámetro pequeño (½”), el cual se extiende hacia el fondo del taladro, encintado al cable. Tanto los tubos como el cable son sellados en el collar del taladro por medio de un tapón de hilachas de algodón o un mortero de fraguado rápido. La dirección del recorrido de la pasta de cemento es hacia arriba en el taladro. Cuando la pasta de cemento retorne por el tubo respiradero, la inyección habrá sido completada.

Air out

Direction ofGrout travel

Hole collarplung

19mm grouttube

19mm bileedtube

Air outGrout in

Método del tubo de inyección

Éste es el método tradicional para instalar cables de trenzado simple en taladros ascendentes. La pasta de cemento, que tiene usualmente una relación agua/cemento alrededor de 0.4, es inyectada en el taladro a través de un tubo de ¾” de diámetro o más, colocado en el collar del taladro. El aire desfoga a través de otro tubo de diámetro pequeño (½”), el cual se extiende hacia el fondo del taladro, encintado al cable. Tanto los tubos como el cable son sellados en el collar del taladro por medio de un tapón de hilachas de algodón o un mortero de fraguado rápido. La dirección del recorrido de la pasta de cemento es hacia arriba en el taladro. Cuando la pasta de cemento retorne por el tubo respiradero, la inyección habrá sido completada.

Instalación Direcction of grout travel

bileed 19mm grouttube

Grout in

Wooden wedge to hold cable in place during grouting note that grout tube should be free in hole

Malla Metálica

Malla Metálica

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

• Existen dos tipos de mallas: la malla tejida y la malla electrosoldada.

Tipos de Malla

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

Tipos de Malla

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

Instalación 1. Señalar el área donde deberá instalarse la malla.2. Desatar todo bloque suelto del área donde se instalará la malla.3. Presentar la malla utilizando de ser necesario gatas o puntales.4. Anclar definitivamente con pernos de roca.5. Asegurar la malla utilizando la misma platina del perno, si éste aún no

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

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

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

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

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

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

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

Instalación

Cimbras

Cimbras

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

• Estos soportes son altamente efectivos para resistir cargas pesadas, incluso después que se han producido fuertes deformaciones.

• Si no están bien colocados, en contacto continuo con el medio rocoso, son ineficientes y propensos a torcerse bajo cargas excéntricas.

Formas

Forma de Baúl generalmente se usa en minería

Forma de circular y herradura, generalmente se usa para túneles

Especificaciones y accesorios Empalme de la cimbra deslizante en forma U

Empalme de la cimbra deslizante en forma U

Instalación • El tiempo de instalacion debe ser en un tiempo minimo, debido a la

presión sobre el techo y paredes

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

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

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

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

protegerán en forma sistemática con el encostillado.

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

Instalación

Gatas

• Las gatas sirven como elemento auxiliar antes de la instalación de los pernos de roca y malla metálica y en el minado de vetas de buzamiento echado, tipo manto, para soportar bloques o cuñas potencialmente inestables del techo de los tajeos.

• Las gatas usualmente utilizadas son las de fricción estas funcionan a manera de tubos telescópicos, fijándose los tubos inferior y superior mediante mecanismos de cuñas o pines con la ayuda de un mecanismo expansor para el topeo al techo y las que son hidráulicas o neumáticas, son elementos que tienen características de fluencia a una carga específica, la cual es complementada por un cilindro de soporte hidráulico o neumático equipado con válvulas de liberación de presión.

Gatas

Las gatas mecánicas sirven como soporte temporal, para fortificar las

exvaciones subterráneas

Especificaciones

Altura máxima 3.5 m 4.2 m

Altura mínima 2.0 m 1.8 m

Gatas de Fricción

Gatas Mecánicas

Soporte 30 Ton 5 Ton

Madera

Madera

El cuadro es la estructura de madera compuesta por varios elementos, los cuales trabajan como una sola unidad de sostenimiento, se hace de acuerdo a las dimensiones y requerimientos de la labor minera. Cuando se construyan y armen los cuadros siempre se consideran los esfuerzos que van a actuar sobre cada uno de los elementos componentes, algunas veces solo se necesita sostener una parte de la labor. Conociendo completamente las presiones en cada parte es posible seleccionar el tipo de cuadro así como sus dimensiones con que se podrá usar. Es factible y en algunos casos justificados armar un cuadro con algunos elementos menos o modificados, cuando el piso sea firme se puede prescindir de la solera ya que no se esperan presiones del piso, para este particular se coloca un pequeño plato de madera llamada patilla pero en un hueco y sobre el cual se apoya la columna.

Solera.- Es el elemento colocado en la parte inferior del cuadro, sirve para oponer al terreno una mayor área de sustentación y para mantener a un mismo nivel los postes. Su sección puede ser redonda o rectangular y de longitud variable de acuerdo al tipo de trabajo para el cual va a ser utilizada la galería, lleva destajes en los extremos para empalmar los postes.

Poste.- Son las piezas columnares del cuadro, son elementos

fundamentales del sostenimiento, sufren compresión paralela a la fibra, en presencia de presiones laterales trabajan a la flexión estática. Al igual que las soleras la longitud de estas piezas depende de la altura de la galería, y de la naturaleza del trabajo minero , también llevan destajes para evitar desplazamientos de las otras piezas del cuadro .

Elementos del cuadro de Madera

Sombrero.- Es el elemento que trabaja como viga, se le coloca en la parte superior del cuadro, debe las necesarias medidas como para trasmitir sin deformarse, la carga del techo a los postes Trabaja sólo a flexión y su longitud está en función del ancho de la galería, su sección puede ser redonda o rectangular

Tirantes.- Son piezas simples colocadas en forma horizontal en la parte superior entre dos cuadros para evitar que se junten o separen por alguna fuerza externa, pueden ser de sección redonda o rectangular, no llevan destajes y su longitud varía entre 4 y 6 pies, lo cual determina la distancia entre cuadros, por lo cual acortan o agrandan el área a sostener que se forma entre ambos.

Elementos del cuadro de Madera

Elementos de madera

• Encribado: Es la acción de poner piezas de madera sobre los sombreros de los cuadros con el fin de transmitir uniformemente la presión del techo sobre los cuadros y fijarlos en el espacio. La operación de encribar se efectúa colocando transversalmente sobre los sombreros, tablones, troncos (redondos) o de madera partida (rajados) encima de los cuales y en forma cruzada se vuelve a colocar otros y así hasta alcanzar el techo de la albor minera, finalmente con pequeñas tabla y cuñas se sujeta firmemente el encribado entre el cuadro y el techo.

Elementos de madera

• Enrejado: Los espacios entre los postes y las paredes de las galerías se rellenan casi siempre con piedras de diferentes tamaños para lo cual, se sostiene todo este material con tablones y rajados, estas piezas de madera se colocan juntas.

Tipos de cuadros

CUADRO RECTO

CUADRO CONICO

CUADRO COJO

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

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

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

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

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

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

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

Instalación

Jackpot

Resistencia y absorción de energía del sostenimiento• El Propósito de este sistema es de mantener la integridad y

estabilidad del macizo rocoso bajo condiciones estáticas y/o posibles estados de esfuerzos dinámicos.

• Las funciones no sólo el de sostener el peso muerto sino incrementar las fuerzas de fricción y resistir la deformación de las paredes rocosas, enlazar y estabilizar el terreno fracturado o discontinuo, y prevenir la caída de los “keyblocks”

Keyblocks

• Son aquellos con geometría particularmente desfavorables, sino se previene que se separen y caigan, retirarían el confinamiento de otros bloques vecinos y permitirían que ocurra caída de rocas de gran escala.

Criterio de Diseño

• Caídas de roca solamente?

• Estallido de rocas?

• La altura o grosor de la caída

La altura o grosor de la caída

• Estratigrafía

• Estructuras geológicas

• Fracturamiento inducido por los esfuerzos

Todo esto debe ser corroborado con las investigaciones de las caídas de rocas que ocurren en interior mina y almacenar la información relevante como dimensiones y pesos

Porcentaje Acumulativo

Peak ground velocity1.3m/s back analysed from rebar failure3.6ML event – 1km distant at 4 #

3.0m/sindustry accepted figure

support yieldi.e. yield suffered by support during deformation?250mm?

Resistencia del Sostenimiento

• La resistencia del sostenimiento es el concepto por el cual la fuerza generada por unidad de soporte o la sección representativa más pequeña de un sistema de sostenimiento es promediado sobre el área tributaria de la caja techo a ser soportada por esa unidad o porción de un sistema.

Absorción de Energía

Basado en el principio que durante la deformación dinámica de la caja techo, energía cinética es impartida a un bloque expulsado la cual debe ser absorbida por las unidades de soporte sin sufrir una deformación indebida

Estableciéndo el Criterio• El primer paso en el diseño del sostenimiento es establecer el criterio contra el

cual el sistema debe ser evaluado.•

La decisión inicial es si el sostenimiento será para caídas de roca solamente, o para estallidos y caída de roca.

• Luego determinar el grosor de la potencial caída. Esta información debe ser examinada para establecer si comprende mas de una población

• El concepto de resistencia del sostenimiento es el primer paso en el diseño y asegura que los elementos de soporte, teniendo en cuenta sus características de deformabilidad, no estén sobrecargados en su totalidad, y sean siempre capaces de soportar el peso muerto de las rocas potencialmente sueltas en el área donde requieren hacerlo

La causa predominante de las caídas de rocas es la inadecuada área de cubrimiento y la interacción entre los elementos de soporte.

La interacción del sostenimiento entre las unidades de soporte pasivo es inicialmente mínima. Por lo tanto el efecto de las unidades activas parece ser mas provechoso en la mayoría de las circunstancias.

GRACIAS

SOSTENIMIENTO CON PERNOS CEMENTADOS

Los tipos de pernos anclados en una lechada de cemento, cartuchos de resina o de cemento comúnmente utilizados son los pernos de sostenimiento: Barra de Construcción (BC) y Barra Helicoidal (BH)

DESCRIPCION

• Pernos de Barra de Construcción, son barras laminadas en caliente con resaltes, con roscas cortadas en un extremo para aceptar una tuerca cuadrada. Las roscas conformen con 3/4” – 10 NC o 1” – 8 NC.

•

Barras laminadas en caliente con resaltes en forma de rosca helicoidal de amplio paso. El diseño de hilo permite colocar una tuerca que puede rodar longitudinalmente por los resaltes por toda la barra.

PROPIEDADES FISICAS DEL ACERO GRADO 60

Cálculo de los parámetros resistentes de Pernos Cementado (3/4”, 22 mm y 1”)

Capacidad de resistencia de Pernos Cementados • La capacidad resistente de los pernos depende de la

calidad del acero empleado y de su diámetro. Para los dos tipos de pernos el acero está adecuado a las especificaciones de los requisitos de propiedades mecánicas ASTM A615, grado 60, con resistencia a la tracción mínima de 6330 Kg/cm2. Por lo que se refiere a los diámetros prácticamente sólo se utilizan los de 7/8” (_ 22mm); de 3/4” (_ 19.05 mm) y de 1” (_ 25.4 mm

• La capacidad de soporte, sea con cemento o resina se determina con la siguiente ecuación:

• P = Rc x S = x U x L

• S = x d2 / 4

• U = x d

• = 0.25 x Rc x d/L• Donde,

• P = Capacidad de apoyo del perno ( Kg)

• Rc = Resistencia a la tracción mínima del perno = 6330 Kg/cm2

• S = Área del perno

• d = Diámetro del perno (cm)

• = Adherencia entre el perno y el cemento (Kg/cm2)

• U = Circunferencia del perno (cm)

• L = Longitud del perno (cm)

• Entonces, tenemos:

•

• Pernos de Barra de Construcción de 3/4”, Longitud = 1,8 m

•

• a) Cálculo de soporte con Pernos de Barra Construcción cementado _ = 3/4”

• (d = 1.9 cm, r = 0.95 cm, L = 180 cm) = 0.25 x Rc x d/L = 0.25 (6330

Kg/cm2)(1.9cm)/(180cm) = 16.7 Kg/cm2 = 1.64 MPa.

• S = x r2 = 3.1415(0.95 cm)2 = 2.835 cm2

• U = x d = 3.1415(1.9 cm) = 5.97 cm

• P = x U x L = (16.7 Kg/cm2)(5.97 cm)(180 cm) = 17,945 Kg = 17.95 TN (175.5 KN)

•

• • Pernos de Barra Helicoidal de 22mm, Longitud = 1,8 m

•

• b) Cálculo de soporte con perno helicoidal cementado de = 7/8”

•

• ( d =2.2 cm, r = 1.1 cm, L = 180 cm) = 0.25 x Rc x d/L = 0.25 (6330 Kg/cm2)(2.2cm)/(180cm) = 19.34 Kg/cm2 = 1.89

MPa.

S = x r2 = 3.1415(1.1 cm)2 = 3.8 cm2U = x d = 3.1415(2.2 cm) = 6.91 cmP = x U x L = (19.34 Kg/cm2)(6.91 cm)(180 cm) = 24,060 Kg = 24 TN (234.6 KN)

• Pernos de Barra de Construcción de 1”, Longitud = 2 m

•

• c) Cálculo de soporte con perno barra de construcción cementado de = 1” (2.54 cm)

• ( d =2.54 cm, r = 1.27 cm, L = 200 cm) = 0.25x Rc x d/L = 0.25 (6330 Kg/cm2)(2.54 cm)/(200 cm) = 20.10 Kg/cm2 = 1.97 MPa.

• S = x r2 = 3.1415(1.27 cm)2 = 5.067 cm2

• U = x d = 3.1415(2.54 cm) = 7.979 cm

• P = x U x L = (20.10 Kg/cm2)(7.979 cm)(200 cm) = 32,075.6 Kg = 32 TN ( 312.9KN)

•

universidad nacional de trujillo. sostenimiento de labores

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