Diapositiva Curso Geotecnia y Fortificacion Bajo

7/29/2019 Diapositiva Curso Geotecnia y Fortificacion Bajo

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CURSO FORMACION DE EXPERTOS EN SEGURIDADMINERA

SERNAGEOMIN

GEOTECNIA Y FORTIFICACIONGEOTECNIA Y FORTIFICACION


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FORTIFICACIN


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INTRODUCCIN

El sostenimiento adecuado del terreno es esencial para garantizar la

seguridad tanto de la personas como de los equipos que operan al interiorde la mina

Existen diferentes tipos de rocas, cada una de las cuales tienen suspropias caractersticas y propiedades fsicas

Existen tambin, diferentes situaciones que requieren el uso defortificacin adicional; consolidar los estratosprevenir cada de rocas, formacin de cuasetc. Existen diferentes tipos de elementos para

de la roca, afirmar bloques,por causa de la excavacin,

el sostenimiento de terrenosque cada vez se adecuan en mejor forma a las necesidades yrequerimientos mineros, siendo tambin cada vez ms livianos, resistentes

y fciles de instalar. Su eficiencia depende de la calidad de su instalacin

a

Una instalacin inadecuada puede ser extremadamente peligrosa debidoque va existir un falso sentido de seguridad para las otras personas que

ingresan al rea.


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INTRODUCCIN El diseo de un sistema de fortificacin requiere el estudio de lascondiciones geolgicas subterrneas del rea, siendo las mssignificativas, las siguientes:

Discontinuidades

Contorno de lasDiscontinuidades

Orientacin de lasDiscontinuidades

Espaciamiento delas

Discontinuidades

Persistencia de lasResistenciaRoca Intacta

Esfuerzos


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INTRODUCCIN(continuacin)Existen condiciones del terreno que nos ayudan a identificar sectores querequieren sostenimiento o fortificacin:

1. En perforaciones normales o de sondajes hay deformacionesevidentes.

2. Si el piso o caja del tnel se desvan de repente, es una seal

hay presiones

de que

3. Cuando hay rocas nuevas o frescas cadas en el tnel.

4. Si se detecta ruidos extraos fuertes o muy repetitivos o sicomienza a gotear

el cerro

El reconocimiento y tratamiento oportuno del terreno peligroso o elsostenimiento en mal estado, es vital para evitar que se produzcan

accidentes, prdidas en la produccin o daos en los equipos.


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INTRODUCCIN(continuacin)En los sectores fortificados a su vez, existen diferentes indicadores de

que, se debenterreno que muestran un aumento de larevisar en forma constante. Estos son:

Los pernos deformados o doblados

presin, por lo

Las maderas quebradas o dobladas

Los pernos cortados

Las mallas que se pandean debidoque est sobre ella

a la gran cantidad de roca suelta

La aparicin de nuevas fisuras o

sobre todo a lo largo de las cuas

seales de movimiento reciente

A menudo, las medidas que se toman en forma oportunapueden evitar accidentes graves.


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ASPECTOSGENERALES

Definicin de Fortificacin

1. Es la tcnica quelas galeras para

permite afirmar y protegerel transito de personas con

riesgos mnimos.

2. Es la actividad que consisterecubrir el entorno de una laboren el techo comoen las cajas,

bsicamente eno galera, tantomediantealgnelemento de sustento, tales como marcos, cables,

pernos, shotcrete o una combinacin de ellos.

3. Es el reforzamiento de techo, piso yparedes de una obra minera mediantecualquier sistema de soporte estructural.


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La fortificacin en labores mineras, es una actividad que constituye unaimportante contribucin a la seguridad en labores subterrneas, por lo

tanto, los encargados de esta importante labor minera tienen una granresponsabilidad y deben estar seguros de que su trabajo est bien hecho.

La fortificacin en labores mineras tiene los siguientes objetivos bsicos:

Evitar derrumbes

Proteger a los trabajadores, equipos, herramientas y materiales

Evitar deformaciones de las labores subterrneas.


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El Reglamento de Seguridad Minera (D.S. N132, Captulo SextoFortificacin, articulo 157) indica que:

Los trabajos subterrneos deben ser provistos, sin retardo, del sostenimiento

podrn quedarms adecuado a la naturaleza del terreno y solamentesin fortificacin los sectores en los cuales las mediciones,

los ensayos, su anlisis y la experiencia en sectores de comportamientoconocido, hayan demostrado su condicin deautosoporte consecuente con la presencia de presiones que semantienen por debajo de los lmites

crticos que la roca natural es capaz de soportar.FUNCIONES

Reforzar el macizo rocoso para fortalecerlo, permitiendo que ste sesoporte por si mismo, aminorando de esta forma el fracturamientoprogresivo que sufre.

Retener la roca fracturada en las superficies de la excavacin (zonaplstica), por razones de seguridad

Sostenersoporte alpor efecto

o adherir fuertemente el o los elementos del sistema defondo de la roca estable y prevenir el fracturamiento de rocade la gravedad.


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Un sistema de soporte incluye una combinacin de elementos, en elcual, cada uno de ellos provee una oms de las funciones descritas anteriormente.

Algunos elementos actan en paralelo y disipan la energa dedeformacin sinrgicamente, mientras que otros, actan en serie portransferencia de cargas entre los elementos de soporte (malla a pernos oshotcrete a pernos).

La interaccin entre los elementos del sistema de soporte, determinarla capacidad del sistema de fortificacin.

Para definir el diseo ms adecuado de soportacin, se empleanalgunos de lostales como, el

sistemas de clasificacin geotcnica para macizos rocosos,RMR de Beniawski, RMR de Laubscher, el Q de Burton y

otros basados fundamentalmente en las propiedades mecnicas y/oestructurales de las masas rocosas


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FORMAS TPICAS DEINESTABILIDAD

Inducidas por Bloques

Inducidas por Intemperismo


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Inducidas por Foliacin Intensa

Provocadas por Esfuerzos Inducidos


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EFECTO DEL TAMAO DE LAEXCAVACIN

El Tamao de la Inestabilidad depende del claro expuesto

El Claro expuesto (S) aumenta sin el pilar

Claro expuesto (S) minimizado

El tamao de la cua Potencial esmaximizado sin el pilar

El tamao de la cuaPotencial es minimizado


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EFECTO DE LA FORMA DE LA EXCAVACIN

Lo ideal es que la roca se estabilice por s misma

Caidos por Cuas MinimizadoCuas Sueltas

Foliacin EstabilizadaFoliacin Suelta


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ELEMENTOS DE FORTIFICACIN

Son las unidades bsicas delos sistemas clasificar en:

de fortificacin. Se pueden

Segn su Temporalidad

Fortificacin Sistemtica, temporal o de desarrollo: Es unsistema de sostenimiento de corto tiempo (menos de un ao) y secaracteriza por que se instala inmediatamente despus del disparo(detonacin) del frente, brindan seguridad inmediata al personal y alos equipos, evitan el deterioro prematuro del macizo rocoso.Ejemplo: Pernos con Anclajes, pernos roscas, mallas, etc.

Fortificacin Definitiva: Se instalan para asegurar la estabilidadde las labores y sus singularidades y se instalan en forma posterior alos disparos de avance para toda la vida til del proyecto. Ejemplo:Cables de Acero, Pernos con resina o cementados, shotcrete, marcosmetlicos y otros


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Segn sufuncionalidad.

Fortificacin Activa: sonaquellos elementos o sistemas desoporte que ejercen accin

mismosoportante,momento en

desde el

que son instalados,mediante la aplicacin de unacarga externa sobre el macizorocoso. Tambin se definen comoactivos, aquellos sistemas quemodifican el interior del macizo.

Entre estos tenemos los PernosPernosAcero

con Anclajes Expansivos,tensados y Cables detensados, Split set y otros.


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Elementosde fortificacinen la industriaminera

PernosMadera Malla

SchotcreteCables

Marco Metlico Hormign armado


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FORTIFICACIN CON PERNOSDe acuerdo al sistema de anclaje o sujecin es posible clasificarlos en:

Pernos anclados mecnicamenteEl perno de anclaje con cabeza de expansin es el ms comn deeste tipo. Al introducir el perno en la cua de la cabeza deexpansin, sta se expande y queda sujetadentro de la perforacin.

en las paredes de la roca

Se usan de preferencia, en rocas

medianamente duras o durasVentajas

Relativamente de bajo costo.

Trabaja de manera inmediata.Al girar el perno, se aplica presin en la

cabeza del perno y se tensiona el interiorCon un relleno posterior de cemento elperno puede servir como fortificacinpermanente.

En rocas duras el perno puede soportarcargas altas.

Es un sistema verstil para fortificacin en rocas duras


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Desventajas

Su uso est limitado a rocas moderadamente duras a duras.

Difcil de instalar.Debe ser monitoreado despus de su instalacin.

Pierde capacidad debido a tronaduras cercanas o cuando lase fractura alrededor de la zona de expansin.

roca

* Pernos anclados con resina o cementoEl tipo ms comnmente usado es el perno, barra de fierro o acerotratado con cemento o resina como adherente.

La resina resulta conveniente para ser usada en pernos sometidos aaltas tensiones desde momentos tempranos y se prestan parapretensado.

En cualquiera de sus variedades, es recomendable para soportetemporal o permanente casi en cualquier tipo de rocas


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* Pernos anclados por friccin

Estos pernos representan el ms reciente desarrollo en la tcnica delanclado.

Existen dos tipos principales: Split set Swellex

Para ambos sistemas, la resistencia a la friccin es generada por lafuerza axial entre la superficie del barreno y el perno. En instalacionestransitorias

descartarseAunque los

la presencia de humedad no es inconveniente, pero debe

para uso permanente bajo estas condiciones.dos sistemas estn descritos bajo un mismo denominador,

estrictamente hablando, solo el split set es realmente de friccin. En casodel swellex, combina la fuerza de friccin sumada al mecanismo deexpansin del perno al interior del barreno que habitualmente tieneparedes irregulares. Esta situacin genera una accin de bloqueado que

permite obtener alta resistencia a la traccin.


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Ventajas:

Instalacin rpida y simple

El soporte es inmediato despus de su instalacin.

Puede ser usado en una variedad de condiciones de terreno

La instalacin causa contracciones a lo largo del perno, esto tensionaefectivamente la plancha contra la superficie de la roca.

Desventajas:

Relativamente caro.Se requiere proteccin contra la corrosin sise usa en instalaciones permanentes.Se requiere una bomba para suinstalacin.(swellex)

Baja Capacidad de anclaje


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Tipos de Secciones

Transversales dePernos de Friccin


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CEMENTO O RESINA

BARRA HELICOIDALCON INYECCIN DE

SPLIT SET

SWELLEX

ANCLAJEREPARTIDO

POR FRICCIN

ANCLAJEREPARTIDO POR

ADHERENCIA

ANCLAJEREPARTIDO

ANCLAJEPUNTUAL

PERNOS DE ANCLAJE


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Una vez instalados y anclados pueden tensarse por medio deherramientas especiales, con lo cual se obtiene mayor estabilidad de laroca al lograr un reforzamiento adicional.

Posteriormente se cementan en toda su longitud (o no) consiguindoseun mayor confinamiento y proteccin a la corrosin.

La funcin principal del cemento o resina es la de transferir la carga dela roca al cable, ademsmacizo.

Ventajas

de cumplir con la funcin de anclaje cable

Desventajas

Costo reducidoAlta capacidad a la corrosin

Una pretensin del cablecon

slounapuede ser posible

Puede serlargo

instaladoen

dereas

instalacin especialcualquierestrechas

El uso dede

cementovarios

estndarrequiere

fraguado,

das de

Correctamente instalado, es antes que el cable puedaun durable sistema Entrega una altacarga en cualquier

de refuerzocapacidad detipo de roca

tomar carga.

Una vez anclados puedentensarse por medio de

herramientas especiales


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FUNCINALIDAD DE LAS PARTES

El barril y la cua, constituyen el sistema de anclajeexterno del cable, ya que al interior del macizo,

dichaambos

funcin la cumple la lechada. En conjuntosistemas, permiten que se realice la

transferencia de carga de la roca al cable.

Las planchuelas cumplen la funcin depermitir el trabajo en conjunto del cable conel sistema de fortificacin (malla

malla schotcrete), formando parte tambin delensistema de anclaje del cable, colaborando

la transferencia de la carga al cable.

Los separadores permiten contar con la mxima fuerza de adherenciareducir vacios y discontinuidades en la lechada interior. Su utilizan en

alla

instalacin de cables dobles, los que permiten, en comparacin a loscables simples, aumentar la capacidad de carga del conjunto.


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Desarrollo delos diferentes tiposdecables para

fortificacin


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Las mallas soldadas se caracterizan por tener medidas y pesos conocidos,tiene uniones ms slidas y terminaciones de alta calidad, al teneruniones soldadas que no se "corren", las secciones de acero se mantienensin variacin y por tratarse de elementos prefabricados, las mallassoldadas son fciles y rpidas de instalar, ahorrando tiempo y dinero.

La principal caracterstica de las mallas tejidas es su alta flexibilidad ycapacidad de absorber importantes cantidades de energa, dependiendo desu instalacin. Es muy eficiente en la retencin de bloques pequeosinestables, provocados por eventos ssmicos, activaciones estructurales yotros.

Para la fortificacin, las mallas se instalan apegadas a las paredes de lalabor, con todas sus singularidades, siendo afirmadas con pernos deanclaje o

superficiedeben ser

con lechada, dependiendo de la durabilidad y afianzadas a la

de la roca con planchuelas y tuercas. Entre una y otra mallatraslapadas en sus bordes perifricos.

Las mallas metlicas se usan como parte de sistemas de fortificacin, yes un muy buen complemento al shotcrete.


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Lasentre

Mallas se utilizan para estabilizar bloques pequeos que se sueltanlos pernos

Los bloques pequeos se forman debido a fisuramiento intenso,intemperismo o esfuerzos tangenciales excesivos

Provee retencin en la superficie expuesta de la excavacin

La malla no se disea para soportar cargas excesivas


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FORTIFICACIN CON SHOTCRETE U HORMIGNPROYECTADOEl hormign proyectado o Shotcrete es un material transportado a travsde una manguera, que se lanza neumticamente, a alta velocidad, contrauna superficie lo cual, hace que la mezcla se compacte logrando que esta

se sostenga a s misma, sin escurrir, inclusosobre la cabeza.

en aplicaciones verticales y

La teora del sostenimiento por shotcretese basa en que todo macizo rocoso tieneuna tensin interna estable la que se vealterada cuando se efecta una perforacinen l. Si la roca est muy alterada porefectos de fallas, meteorizacin y/o el

disparo, la friccin de las partes quebradasno ser suficiente para detener elmovimiento de los fragmentos, es decir,este punto de la excavacin es ahorainestable ydireccin de

trata de desplazarse enla menor fuerza, o sea, hacia

adentro del tnel


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Las cualidades del Shotcrete en minera son:

Cubre zonas donde pernos y malla son inefectivos, por bloques muypequeos

Provee excelente retencin en la superficie de la excavacin

Incrementa la resistencia al corte en las discontinuidadeses muy eficiente en zonas de falla

Provee retencin adicional en los estallidos de roca

NO puede soportar Bloques GrandesEvita desmoronamiento continuo

Limita la accin del aire en el intemperismo

Permite pequeas deformaciones

geolgicas y


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Proceso de Mezcla Hmeda

1. Mezcla de todos los componentes del hormign o mortero incluyendoel agua, asegurando la homogeneidad, sin los aditivos acelerantes.

2.Vaciado de la mezcla, dentro de la cmara del equipo de bombeo.

3. La mezcla es introducida dentro de la manguera de alimentacinmediante desplazamiento de pistones o por aire a presin.

4. Adicin del aditivo acelerante lquido en la boquilla.

5. Se inyecta aire comprimido a la boquilla para lanzar el hormign omortero a alta velocidad contra la superficie.


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Ventajas delhmeda

proceso de Mezcla

Menor cantidad de rechazo.La cantidad de agua estotalmente controlada.Menor cantidad depolvo en ambiente.

el

Mayormezcla.

homogeneidad de la

La calidad del

la

hormign

habilidad

no

deldependepitonero.

de

Desventajas del proceso de Mezcla hmeda

Mayor razn agua/cemento.Menor resistencia y menos compacto.El sistema requiere una planta de hormign.Menores distancias de transporte.Requiere ms cemento que la va seca para igual resistencia.


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TCNICAS DE PROYECCIN


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Rechazo o rebote y overspray

El rebote y el overspray (exceso de material), son dos de losproblemas en la aplicacin del hormign proyectado.

Ambos pueden ser controlados y minimizados desde la boquilla.Inicialmente el porcentaje de rebote es alto pero este desciendedespus de que las primeras capas se han construido.


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Fibras para reforzar el Hormign Proyectado

El shotcrete reforzado con fibra es un material novedoso que estsiendo desarrollado de forma acelerada gracias a la optimizacin denuevas fibras, tecnologa y tcnicas de aplicacin.

Por qu es necesario reforzar el concreto?El shotcrete es un material frgil. Se fisura por razones estructurales,principalmente por la poca resistencia a la traccincual se refuerza con mallas.

del material, por lo

Las fibras tienen ventajas obvias sobre la

malla, siendo la ms importante el hecho deque son pequeas y que pueden distribuirseuniformemente a lo largo de toda la capa,agregando viscosidad al concreto.

La funcin principal de lasla

fibras en elyshotcrete es aumentar

resistencia del materialductilidad

Las fibras no se utilizan en elrebote de las fibras (> 50 %).

shotcrete por va seca debido al elevado

Las fibras usadas en conjunto con el Hormign Proyectado son: Fibras devidrio, Fibras sintticas, Fibras de carbono, Fibras metlicas


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Los beneficios adicionales proporcionados por las fibras son:

Mayor

Mayor

resistencia contra impacto

resistencia a la abrasin y a la erosin

Mayor impermeabilidad

Mayor capacidad de adherencia, en comparacin con el shotcretebsico o reforzado con mallas electrosoldadas

Substancial mejora en la ductilidad (absorcin de energa)


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Las partes principales de un marco son:

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pies derechos o postes verticales o inclinadoscorona o viga (de 1, 2 o 3 piezas)

La zona entre marcos generalmente estconformada por un revestimiento que encalidad y cantidad depende de lascondiciones geomecnicas del macizorocoso y cumple las siguientes funciones:

Proteger al personal de situaciones dederrumbes.

Recibe y transmite carga a losmarcos metlicos.

Proporciona un lugar seguro y adecuado para la operacin de fortificacin

Proporciona una superficie contra la cual colocar rellenos adicionales.


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Su utilizacin principal es en los siguientes sectores mineros:

*Puntos de Extraccin: se utilizan entre 2 a 5 marcosconfiguracin tpica, embebidos en hormign armado

alineados en una

*Reparacin de sectores colapsados: se utilizanpara recuperar la infraestructura minera colapsada,generalmente combinado, con encastillamiento demadera.

*Desarrollo de galeras con alta presencia de agua

o de muy mala calidad geotcnica.

*Zonas de sobreexcavacin: Se utilizan los marcos en zonassobreexcavadas, producto de sistemas estructurales, asociado concastillos de maderas. Los marcos determinan la forma del tnel o laboren estos casos.

*Interseccin de labores, donde elcableado no sea eficiente.

*Portales de acceso a labores en general.


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Clasificacin de los Marcos Metlicos

Marcos Rgidos: Consisten en dos o ms elementosunidos por ensambles que rodean los perfiles. Se usan

donde ya se ha producido la redistribucin de presionesy logrado el equilibrio an con abertura del terreno.

Marcos Deslizantes: Estn formados por perfilespuedande acero en U o acanalados, para que as

con respectoensamblarse, deslizando uno al otro,hacemuy

cuando la presin del terreno seconsiderable.fracturados

Son usados en terrenosy que ejercen altas presiones.

Marcos Articulados. Son aquellos cuya seccines modificable, no variando la longitud total delmarco sino que solo su seccin. En la actualidades un sistema que prcticamente est obsoleto.


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FORTIFICACIN CON MARCOS METLICOS

VentajasSoporta altas solicitaciones

Alta resistencia a ambiente

y deformaciones.

agresivoMaterial homogneo con caractersticas uniformes en todaIncombustible.

Desventajas.Difcil adaptacin a las irregularidades de la labor minera.Limitacin en galeras de grandes dimensiones de seccin.

Disminuye el espacio til de la galera.Requiere especializacin en su instalacin

la estructura.


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FORTIFICACIN CON MADERA

Se utiliza, por su elasticidad, dureza y maniobrabilidad.

Fue el mtodo ms ampliamente usado durante la minera del siglopasado y an en la actualidad es muy usada en la pequea minera y enla minera subterrnea del carbn.

En la gran minera actualmente tiene un uso restringido a algunoscomplementos a otros sistemas de sustentacin o a sectores muypeligrosos que requieren fortificacin pasiva y temporal.


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Su principal utilizacin es como:

Marcos

madera.

completos, cnicos o trapezoidales de

Puntales en galeras con derrumbes laterales

Travesaos o Cabezales en galeras con peligrode desprendimiento de techo


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Travesaos o Cabezales y Puntales en galerascon peligro de desprendimiento de techo y cajas

Encastillados, para recuperar pilares (mtodoRoom and Pillar)


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Encastillados, para recuperar Tneles


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Como monos o pilares en el rea de Hundimiento del mtodo BlockCaving


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En otro tipo de excavaciones


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Efectos del ambiente sobre los elementos de madera


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FORTIFICACIN CONMADERA.

Ventajas.Facilidad de manipulacin para ser cortada, transportada e instalada.Da seales audibles y visibles de su situacin de estabilidad

Desventajas.

Resistencia depende de sus estructuras fibrosas, sus defectosnaturales y su humedad.Baja resistencia a las presiones que ejerce el macizo rocosoSe degrada fcilmente con los parsitos (hongos, insectos)Es combustible.Es de corta vida.Difcil adaptacin a las irregularidades del permetro de la labor.

Disminuye el espacio til de la galera.

SISTEMAS DE FORTIFICACIN


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SISTEMAS DE FORTIFICACIN

Son la combinacin de distintos elementos de fortificacin que soninstalados durante o posterior a la construccin de una labor subterrnea,

con el fin de estabilizar el contorno de la excavacin producto de laactividad minera.

Los sistemas de fortificacin ms comnmente empleadosde desarrollo de galeras son:

en las labores

Sistema Perno Malla

Contempla pernos tipo rosca lechados conplanchuela y tuerca con malla Bizcocho.

Este sistema se emplea en labores que no sonpermanentes, como por ejemplo los Niveles deHundimiento, en mtodos de Caving y en

donde existe el peligro de cada de rocas, paraproteger al personal, equipos y herramientas.

Es frecuente tambin usar este tipo defortificacin en talleres, salas de huinche, salasde compresores, lampareras, comedores,oficinas, etc.

Sistema Perno Malla Shotcrete


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Sistema Perno Malla Shotcrete

Se instala en algunas labores permanentes, que corresponden a zonasCriticas dentro del diseo minero, tales como, intersecciones, accesos,

zonas de viseras, puntos de extraccin y otros. En estos sectores seconsideran elementos de soporte adicionales para fortalecer el sistema defortificacin base, ya sea aumentando la capacidad de carga y/osuministrndole mayor ductilidad.


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OTROS ELEMENTOS DE


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OTROS ELEMENTOS DEFORTIFICACIN STRAPS O HUINCHAS METLICAS


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MARCOS MARCHANTES


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RELLENO

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