INTRODUCCION

Lo que se muestra a continuación es producto de la experiencia en otras unidades mineras y en obras tuneleras, basado en criterios prácticos e información de bibliografía especializada.

Esta charla esta dirigida al personal ejecutor del sostenimiento en la unidad.

Ing. Ricardo M. Yupanqui MartínezMecánica de Rocas

EMYSA

CONCEPTOS BASICOS

1.1. ROCA.- Formada por la solidificación del magma, por acumulación de restos, detritos o por transformaciones de los componentes de otras rocas preexistentes. 1.2. MACIZO ROCOSO.- Es el conjunto formado por la roca, las discontinuidades, pliegues y demás características geológicas existentes.

1.3. DISCONTINUIDADES.- Son los estratos, fracturas, fallas, diaclasas etc., los cuales forman parte del macizo rocoso.

1.4. SOSTENIMIENTO.- Se entiende como sostenimiento al conjunto de elementos que se colocan en una excavación para contribuir a su estabilización. Es la aplicación de refuerzo para evitar que el macizo rocoso colapse; de acuerdo al tiempo de vida útil de la excavación.

PERNOS DE ROCA

APLICACIÓN DE SOSTENIMIENTO CON PERNOS

2.1.- DEFINICIONEs una técnica sostenimiento que en

esencia, consiste en anclar en el interior de la roca una barra de material resistente que aporte una resistencia a la tracción y, confinando el macizo rocoso permite aprovechar las características resistentes propias de la roca facilitando así su sostenimiento. Permite sostener bloques o cuñas potenciales en forma puntual o sistemática según el terreno, contribuyendo a un trabajo de viga o formando un arco de sostenimiento.

2.2.- INSTALACIONSe debe tomar en cuenta lo siguiente:

2.2.1.Dirección y Buzamiento de las discontinuidades.

Un perno debe de estar instalado de tal forma que cruce una discontinuidad, sujetando bloques, cuñas, y planos potenciales.

No se instalará nunca paralelo ni dentro de una discontinuidad, un perno instalado de esta forma no esta actuando como elemento de sostenimiento, es un gasto inútil de tiempo y dinero.

2.2.2. Tamaño de los bloques o cuñas potenciales.

De acuerdo al tamaño de los bloques se determina la cantidad de pernos a instalar, o si es necesario combinarlo con otros elementos como malla o concreto lanzado.

2.2.3. Calidad de la roca y el macizo rocoso.De acuerdo a la resistencia a la

compresión de la roca y la calidad del macizo rocoso se determinará la aplicabilidad de un determinado tipo de perno. Un tipo de perno que se adecue a un determinado tipo de terreno no es aplicable en otro diferente, o en todo caso no de la misma forma. Al momento de perforar se puede determinar si la roca mantiene la calidad esperada, el perforista al notar,

cambio brusco en dureza de la roca o aparición de panizo, etc., debe de comunicar de inmediato.

2.2.4. Espaciamiento

El espaciamiento se calcula en base a la longitud del perno, espesor del bloque, cuña o plano potencial. No debemos sobredimensionar el diseño del empernado utilizando mucha densidad , no es lo correcto, es necesario racionalizar para evitar perdida de tiempo y excesivo gasto. Se debe espaciar según la indicación del supervisor encargado. Lo recomendado como base sujeto a cambio según el terreno es como sigue:

-Pernos de 3 m. Espaciamiento mínimo 1.2 mEspaciamiento máximo 2.0 m

-Pernos de 7 pies ( 2.1 m )Espaciamiento mínimo 0.8 mEspaciamiento máximo 1.5 m

-Pernos de 5 pies ( 1.5 m)Espaciamiento mínimo 0.7 mEspaciamiento máximo 1.0 m

-Pernos de 3 pies (0.9 m)Espaciamiento mínimo 0.5 mEspaciamiento máximo 0.7 m

2.2.5. Accesorios y Barrenos.

Se debe verificar que la pastilla del barreno tenga el diámetro adecuado para la instalación de un determinado tipo de perno, además el barreno debe de estar recto para evitar sobreperforación y mala dirección. Los adaptadores deben tener las especificaciones recomendadas.

2.2.6.Desatado de Roca

Es importante desatar la roca para que la placa haga buen contacto y se logre una óptima instalación.

2.2.7. Limpiezas del Taladro

Se debe sopletear los taladros para garantizar buen contacto con la roca además de facilitar la instalación.

2.2.8. Instalación Oportuna

No podemos esperar que el macizo rocoso llegue a un punto de próximo colapso, por que luego será más difícil y peligroso controlarlo, debemos acostumbrarnos a colocar sostenimiento preventivo, especialmente en zonas con labores colindantes de constante excavación, en cruces, tajeos, etc.

INSTALACION DE PERNOS

INSTALACION DE PERNOS

INSTALACION DE PERNOS

APLICACIÓN DE PERNOS

TIPOS DE PERNOS3.1.-PERNOS SPLIT SET

Este tipo de perno de anclaje repartido, trabaja a la fricción con baja presión de contacto, es por eso muy importante respetar las especificaciones técnicas mencionadas:

1. - Diámetro del Perno: 39 mm.

2. - Diámetro del taladro: 36 - 38 mm.

3. - Longitud del taladro igual a la longitud del perno elegido.

4.- Diámetro de la pastilla del barreno máximo de 36 mm para obtener diámetro de taladro de acuerdo al rango mencionado.

5.- No es recomendable para terreno panizado, roca blanda, macizo rocoso muy fracturado.

6.- Se puede combinar con malla electrosoldada o entrelazada tipo gallinero y/o shotcrete.

SPLIT SET

3.2.- PERNO MECANICO O DE ANCLAJE PUNTUAL

Este tipo de perno trabaja en 2 puntos: En la placa y en la mariposa expansiva; es por eso que se debe tener mucho cuidado en su instalación, tomar en cuenta lo siguiente:

a.- La placa del perno debe de estar en total contacto con la roca.

b.- Si se perfora y se fractura la roca donde hará contacto la placa del perno, desatar emparejando el terreno para obtener un buen contacto.

c.- Cerciorarse que no exista ningún elemento extraño en el taladro especialmente en el tope donde la mariposa expansiva hará contacto. Quitar el plástico que sujeta las aletas de la mariposa antes de colocar el perno en el taladro.

d.- Verificar que los hilos donde se coloca la mariposa expansiva este en buenas condiciones para que al realizar el torque se logre tensar en forma normal.

PERNOS MECANICOS

Sus especificaciones técnicas son:

1. - Diámetro del Perno: 5 / 8 "

2. - Diámetro del taladro : 32 - 40 mm.

3. - Longitud del taladro igual a la longitud del perno elegido.

3.3.- PERNOS CEMENTADOS

Es un tipo de perno de alta adherencia y por consiguiente de alta capacidad de anclaje1.-Diámetro del perno de fierro corrugado

: 3 / 4 ”, 1”

2.-Diámetro del taladro : 35 - 40 mm.

3.- Longitud del taladro igual a la longitud del perno elegido.

4.- El perno cementado es un sistema de sostenimiento permanente que puede ir combinado con malla metálica o shotcrete.

5.-Ante la presencia de agua perforar taladros de drenaje, si no es posible controlar el agua no podrá instalarse este tipo de sostenimiento.

PERNOS CEMENTADOS

SHOTCRETECONCRETO LANZADO

O PROYECTADO.

CONCRETO LANZADO

Este método de sostenimiento se debe aplicar si se tiene los siguientes estándares:

1.- Macizo rocoso muy fracturado formando bloques pequeños de ancho menor a 0.3 m.

2.- Resistencia a la compresión uniaxial del concreto lanzado:

a.- A los 7 días debe alcanzar una resistencia mínima de 15.3 Mpas.

b.- A los 28 días debe alcanzar una resistencia mínima de 21 Mpas.

3.-Como punto de partida se debe usar 9 bolsas de cemento por 1 m3 de agregado, luego afinar con las pruebas de compresión uniaxial del concreto.

4.- Los agregados gruesos y finos deben cumplir la siguiente gradación:

MALLA % QUE PASA

1 / 2 " 100 3 / 8 " 90 - 100

4 " 70 - 85 8 " 50 - 70 16 " 35 - 55 30 " 20 - 35 50 " 8 - 20 100" 2 - 10Los agregados deben de ser limpios,

silicosos, resistentes a la abrasión; libres de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas suaves y escamosas, micas, esquistos, pizarras, álcalis y materias orgánicas. 5.-Ante la presencia de agua perforar taladros de drenaje y colocarles una manguera de desfogue, de no ser posible controlar el agua no se puede usar este tipo de sostenimiento.

7.-El shotcrete debe de ser aplicado con un espesor mínimo de 2", mayores o menores espesores serán definidos de acuerdo a la calidad del terreno con aprobación del Departamento de Ingeniería.

FUNCIONAMIENTO DEL SHOTCRETE

CIMBRAS METALICAS

CIMBRAS METALICAS

Este tipo de sostenimiento se utiliza si se cumple lo siguiente:

1.-Macizo rocoso extremadamente fracturado, cruces en el núcleo de fallas, contacto con aguas o materiales fluyentes (lodos, arenas, etc.), tramos colapsados.

2.-Para nuestras condiciones de trabajo se utilizan cimbras de 6 x 6, 6 x 4, 4 x 4 pulg. de sección de viga de acuerdo a la sección y terreno.

3.-La distancia entre cimbras será de 1.0 m. a 1.5 m., dependiendo de la condición del terreno, sección de labor y tipo de cimbra. La distancia entre la primera cimbra y la segunda debe de ser máximo 1m. en caso de tener un eminente derrumbe.

5.-Deben tener contacto con el contorno de la excavación mediante madera o bolsacret, se puede utilizar también encribado de roca dura sin alteración. Si la cimbra no tiene contacto con el macizo rocoso es un gasto inútil.

6.- Tomar en cuenta la sección de la viga de acero al colocar la cimbra, realizar pequeños desquinches si es necesario para que puedan encajar sin dificultad.

4.-La primera cimbra debe de ser anclada a los hastíales dé tal forma que pueda soportar marchavantes de rieles soldados o de madera que sirvan de guardacabeza y soporte para la instalación de la segunda cimbra. Luego continuar con la instalación de las que sean necesarias con el mismo patrón.

CIMBRAS CUMPLIENDO SU FUNCION

MALLA M ETALICA

MALLA METALICA

Este tipo de sostenimiento se puede instalar en roca dañada por mala voladura con pocas intersecciones de planos de discontinuidad formando bloques y cuñas; esta malla es sostenida por pernos cementados si es permanente en el caso de accesos principales o si es temporal con pernos de fricción o mecánicos en tajeos o labores no permanentes. Existen dos tipos de malla que usamos en la unidad:

a.- Malla de eslabones 2" X 2" y 4" x 4" galvanizada tipo gallinero.

b.- Malla electrosoldada 4" x 4”

Estos tipos de malla trabajan conjuntamente con cualquier tipo de perno como explicamos al inicio.

Tomar en cuenta los siguientes parámetros:

1.- Espaciamiento de los pernos instalados según las especificaciones en base a la longitud y bloques potenciales.

2.- Cuando el terreno lo permita, será instalada y anclada sobre la superficie de la excavación mediante ganchos de fierro corrugado de ½ " en taladros de 50 cm. de longitud, utilizando como mínimo 2 ganchos por m2 de malla, luego instalar los pernos.

3.- Cuando el terreno es muy malo o se observa presencias de bloques y cuñas de posible colapso, colocar la malla con los pernos en forma paralela, colocando estos inmediatamente después de perforar el taladro avanzando desde roca dura hacia la zona inestable.

4.- La placa del perno debe de servir de apoyo para la malla,

6.- Los empalmes deberán asegurarse con alambre N° 12, la longitud de los traslapes no será menor de 30 cm.

5.- La malla tipo gallinero 2" x 2" no es adecuada para combinarla con shotcrete en ningún caso. Usar malla 4” x 4”.

MALLA ELECTROSOLDADA

FUNCIONAMIENTO MALLA Y PERNO

SOSTENIMIENTO COMBINADO

Podemos combinar de la siguiente forma:

a.Shotcrete - Pernos Cementados. b.Shotcrete - Malla - Shotcrete.c.Shotcrete - Malla - Pernos Cementados.d. Pernos Cementados - Shotcrete.e. Pernos de fricción - Shotcrete.f. Shotcrete - Cimbra Metálica.g.Pernos (cementado, de fricción, mecánico, resina) - Malla.

Caso a :-Cuando el terreno es demasiado deleznable y existen esfuerzos de tensión al tener una labor muy irregular que podrían deformar la capa de shotcrete o en cruces con macizo rocoso de mala calidad. En éstos caso se colocan en forma sistemática a un espaciamiento de 1.2 m. y cada 1m. a 1.5 m. de distancia entre filas, o pernos esporádicos en los puntos donde se observa concavidad del terreno.

Caso f :

- Para instalar una Cimbra en la medida de lo posible según las condiciones del terreno, se coloca una capa de shotcrete preventivo de 1", para evitar caídas de bancos.

Caso g :

-En casos de zonas de posible estallido de roca o de alta concentración de esfuerzos por ser flexible y se acomoda a las deformaciones de la roca. Cuando se coloca con pernos de fricción o mecánicos solo es temporal, salvo en casos de roca intacta de buena calidad, sin filtración de agua y con buena ventilación, en cuyo caso se considerará el tiempo de duración alrededor de 10 años; para condiciones desfavorables tendrá que evaluarse en el mismo terreno y conocer el tiempo que la labor permanecerá abierta.

Caso b :-Esta combinación reemplaza a la cimbra metálica cuando el terreno puede soportar el tiempo que demora la instalación, para que esto sea posible la primera capa de shotcrete debe ser colocada inmediatamente luego del último disparo.

Caso c :- En situaciones similares al caso "a" cuando se quiere un mayor factor de seguridad, por ejemplo cuando se trata de un taller mecánico subterráneo.

Caso d :-Cuando se colocan los pernos cementados como sostenimiento temporal requerirá de un refuerzo como el shotcrete de 2" como mínimo.

Caso e :-Similar al anterior, luego de pasar temporalmente con pernos de fricción se refuerza con una capa de shotcrete de 2 " mínimo para obtener un sostenimiento definitivo.

VOLADURA Y SOSTENIMIENTO

VOLADURA Y SOSTENIMIENTO