ESTUDIANTE: WESTER FLIX HUARCAYA UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA ACADEMICO PROFECIONAL DE INGENIERIA DE MINAS ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCION DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Sostenimiento: Cuando se hace una excavacin generamos desequilibrio, entonces necesitamos sostenimiento. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Sostenimiento natural: cuando no se utilizan estructuras o elementos artificiales. Tipos de sostenimiento: Sostenimiento artificial: cuando se utiliza estructuras o elementos diferentes al macizo rocoso. A la vez se dividen en dos: 1. Sostenimiento al contorno o espacios vacos: Pueden ser con: Pernos de anclaje. Concreto lanzado (shot crete). Cuadros de madera. Cimbras metlicas (serchas metlicas). Mallas electrosoldadas. Gatos hidrulicos. Sostenimiento con espacios vacos: Sirve para estabilizar cmaras, tajeos, etc., con rellenos de: Dendrtico. Hidrulico. Hidroneumtico. Pasta. Factores: o Caractersticas geomecnica de las rocas. o Dimensiones de la labor. o Naturaleza del relleno mineralizado. o Presencia de rasgo estructurales. Objetivos: Mantener el espacio vaco. Evitar hundimientos. Brindar seguridad (personal y equipos) Contrarrestar presiones. Comprobar la ventilacin. Desatar el techo hastiales y frentes. Sostener provisionalmente. Colocar el guarda cabeza. Limpiar el piso. PRECAUCIONES ANTES DE CUALQUIER TAREA POR SU SEGURIDAD 1-Terrenocompacto:Estaformadoporcristalesopor partculas bien cementadas. 2- Terreno fracturado: Muestra una serie de planos paralelos dediscontinuidadescomolosplanosdeestratificacinenla roca sedimentaria. 3-Terrenoarcilloso:Constituidoporrocascasielsticasque se deforman bajo la presin. 4-Terrenosuave:Elcualestformadoporfragmentos gruesos o finos o una mezcla de ambos tamaos. CLASES DE TERRENO Terreno compacto: No requiere sostenimiento Terreno fracturado: Exige solo un sostenimiento ligero. Terreno suave: Requiere de tipo pesado. Terrenoarcilloso:Exigeunsostenimientoextremadamente resistente o estructuras flexibles capaces de adaptarse a las presiones que se desarrollan. SOSTENIMIENTO SEGN LA CLASE DE TERRENO Son un tipo de estructura de Sostenimiento de acuerdo al tipo de terreno y a condiciones especiales de cada Mina. Se utilizan en labores horizontales e inclinados. Su dimensin est de acuerdo al diseo de la labor. SOSTENIMIENTO CON MADERA Son usados cuando la mayor presin procede del techo, estn compuestos por tres piezas, un sombrero , dos postes y un tirante, asegurados con bloques y cuas , en donde los postes forman un ngulo de 90 con el sombrero. Tipos de Cuadros: son 3 CUADRO RECTO Son usados cuando la mayor presin procede de los hastales, la diferencia con los cuadros rectos, solo radica en el hecho de que los cuadros cnicos se reduce la longitud del sombrero , inclinando los postes, de tal manera de formar un Angulo de 78 a 82, respecto al piso, quedando el cuadrado de forma trapezoidal. CUADROS CONICOS Estos estn compuestos por solo un poste y un sombrero, se utilizan en vetas angostas menores de 3 m de potencia, su uso permite ganar espacio de trabajo pueden ser verticales o inclinados, segn el buzamiento de la estructura mineralizada, estos cuadros deben adecuarse a la forma de la excavacin para que cada elemento trabaje de acuerdo a las presiones ejercidas por el terreno. CUADROS COJOS ELEMENTOS DE UN CUADRO Bloques o blocks. Cuas. Encribados o emparrillados. Longarina. ELEMENTOS AUXILIARES DE SOSTENIMIENTO Sirven para mantener firmemente las estructuras de sostenimiento hasta que sean fijados por la propia presin del terreno transmiten las cargas del terreno a las piezas de sostenimiento. LOS BLOQUES Sirve para mantener en su lugar los elementos de sostenimiento, limite del ngulo 15 a 20. CUA Es necesario cuando el techo de una labor horizontal se halla elevado mucho . ENCRIBADOS (EMPARRILLADOS) : Se usa cuando se va a comunicar una chimenea o tajeo a un nivel superior y se coloca debajo de la solera. LONGARINA: JUEGO DE BARRETILLAS. CORVINA. FORMON. PUNTAS. MARTILLO DE 6 Lbs. CORDELES. AZUELA. HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS PARA ARMAR UN CUADRO 1.- Marcar el Centro de la labor: identificar los puntos de direccin y colocar los cordeles suspendidos y orientar al tope de la labor los puntos y marcar el centro de la labor. PROCEDIMIENTOS PARA ARMAR UN CUADRO 2.- Marcar los puntos de Gradiente: Colocar los cordeles en los puntos de gradiente y orientar hacia el tope de la labor. 3.- Picar las patillas: De acuerdo a la ubicacin de los elementos y del comportamiento del terreno, picar las patillas con la longitud necesaria 4.- Colocar los elementos: Realizado las patillas cortar todos los elementos de acuerdo a la distancias obtenidas en el picado de patillas 5.- Nivelacin del Cuadro: Colocado los elementos: postes y el sombrero, colocar los cordeles en los extremos del sombrero; y a la altura del punto de gradiente medir las distancias del poste al cordel. 6.- Bloquear y Enrejar: Nivelado los elementos bloquear en primer lugar el sombrero a las cajas y luego colocar los tirantes. primero se debe encribar el techo y enrejar los hastiales. Es un conjunto de cuatro maderas rollizas que una vez armadas forman un cuadro. Dos maderas verticales con sus extremos en boca-pescado soportan dos maderas horizontales o capiz. CAJAS DE MADERA (WORD PACKS) Existen bsicamente dos tipos de cuadros. CUADROS SENCILLOS: Es el formado por dos palancas en forma de taco y dos palancas o capiz. Tiene forma cuadrada o rectangular, dependiendo de la forma de la seccin a sostener y de la funcin a cumplir.Los tacos se cortan en ambos extremos en forma de boca-pescado.Los capiz, deben ser en madera rolliza.La madera utilizada debe ser lo ms uniforme posible en cuanto a su dimetro. TIPOS DE WORD PACKS CUADROS ARTICULADOS: Formados por dos o ms cuadros sencillos, unidos o articulados por tacos para conformar una unidad de sostenimiento rgida. Forma cuadrada o rectangular.Los tacos del cuadro y los del articulado deben cortarse en ambos extremos en boca-pescado.Los capiz se deben colocar contra los respaldos del mineral o en la parte de la va que genera las mayores presiones. Un paquete armado con estas unidades tiene un rea efectiva de soporte de 0.63 m y puede desarrollar una capacidad de soporte de 90 Ton. Existen varias clases de canastas no recuperables dependiendo del tipo de madera y construccin. SEGN LA MADERA EMPLEADA: CLASES DE CANASTAS NO RECUPERABLES Vacas: son aquellas que estn construidas en madera sin contener ningn material en su interior. Con relleno: son canastas en las cuales el vaco formado por la maderas, es rellenado con roca o madera corta para evitar el descenso total del techo. Maciza con madera rolliza o poln: la madera no deja espacios. La madera se encuentra totalmente junta Con madera intermedia. SEGN EL MODO DE CONSTRUCCION: Son elementos mas simples y de uso mas frecuente en el sostenimiento de labores inclinadas. Generalmente se emplean puntales de madera. (cuartones de 5x6 ,6x8, 8x10) o redondos de 8 a 12 de dimetro con longitud de 5` a 10`. PUNTALES Colocar y marcar el sitio. Desatar el techo. Desquinchar el piso. Hacer la plantilla en la caja piso. Cortar la plantilla. Medir el largo del puntal. Preparar el puntal. Colocar el puntal. PROCEDIMIENTO PARA COLOCAR PUNTALES Si los puntales van ha soportar presion lateral, por mineral o desmonte conviene que el fondo de las patillas tenga inclinacion adecuada en tal sentido .fig 2 NOTA : cuando el puntal es muy largo o las cajas son muy paradas ser necesario preparar previamente un andante apoyado sobre 2 puntales inferiores. Se tratan de placas de acero a manera de platos de diferentes dimetros que encajan en los redondos (puntales) y que mediante la inyeccin de agua a presin deforma estos platos y bloquea activamente los puntales colocados. JACKPOT La manera como acta un puntal colocado es de forma pasiva, es decir, espera el relajamiento de la roca para comenzar a actuar. En cambio, complementado la colocacin del puntal con los jackpot, el sostenimiento con madera que es un pasivo se transforma en un sostenimiento activo, capaz de actuar de manera inmediata sobre la roca, contrarrestando de manera efectiva el relajamiento de la roca a soportar. Permite sostener temporalmente o realizar un pre soporte en labores mineras suplantando a los puntales de madera colocados verticalmente a manera de cachacos, la ventaja de la gata mecnica es que hace resistencia contraria a la corona que sostiene, recuperndose una vez concluido el trabajo de sostenimiento temporal. GATASHIDRAHULICAS Asimismo, estas gatas mecnicas pueden ser usadas en labores en la que se va a colocar sostenimiento con pernos y mallas, pre soportando la roca mientras es sostenida con los elementos mecnicos. head board rubber (cabeza de caucho) adjustable extension (extensin regulable) extension re inforcment (extensin re regulable) lower extension pipe (tubo de extensin) outer protection pipe (tubo exterior de proteccin) setting handle (agarradera) grid ports (puertos cuadriculados) extension connector (conector de la extensin) hydraulic unit (unidad hidrulica) release screw (tornillo de liberacin) yeild ajustment (botn de ajuste) pumping unit (unidad de bombeo) foot peace (pie de apoyo) PARTES DE LAS GATAS HIDRAULICAS Son 2: Gatas de friccin: Funcionan a manera de tubos telescpicos, fijndose los tubos inferior y superior mediante mecanismos de cuas o pines con la ayuda de un mecanismo expansor para el topeo al techo. TIPOS DE GATAS HIDRAULICAS: Gatas hidrulicas o neumticas: Son elementos que tienen caractersticas de fluencia a una carga especfica, la cual es complementada por un cilindro de soporte hidrulico o neumtico equipado con vlvulas de liberacin de presin. ARCOS DE ACERO (CIMBRAS) Es unsostenimiento pasivo TIPOS sostenimiento con cimbras rgidas Sostenimiento cimbras deslizantes. PROCEDIMIENTO DE INSTALACIN Colocacin de ngulos o marchavantes de ser necesario.

Todas las cimbras deben estar correctamente apoyadas al piso Seasegurareltechoentablandoelespacioentrelas2ltimas cimbrasinstaladas.Esteentabladoseiniciaa1.5metrosdelnivel del suelo hasta cubrir toda la corona de la excavacin Es muy importante que la instalacin sea cimbra por cimbraFig. 2.12: Esquema del sostenimiento con cimbras rgidas.Foto 2.1: labor sostenimiento con cimbras rgidas CIMBRAS CEDENTES Los arcos cedentes se componen de dos o tres secciones

PROCEDIMIENTO DE INSTALACIN.

Instalacin similar al de cimbras rgidas.

Ladiferenciaradicaqueestascimbrasusaran abrazaderasypernosqueunirnalaspartes adyacentes traslapadas, y no solo ser suficiente pernos y tuercas como en el caso de las cimbras rgidas. 10/08/2015 05:07:26 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez53 Que es el shotcrete o concreto lanzado? Segn el A.C.I. 506 R es unmorterooconcreto transportadoporalgn medio,vahmedao vaseca,atravsde unamangueray proyectado neumticamente a gran velocidadcontrauna superficieEl concreto lanzado essimplemente un sistema de colocacin de concreto 10/08/2015 05:07:26 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez54 Mtodos de Concreto Lanzado Va Seca Va Hmeda 10/08/2015 05:07:26 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez55 Concreto lanzado va seca a) Preparacin de la mezcla b) Alimentacin de la mquina lanzadora c)Elequipointroduceelmaterialala manguera d)Setransportaelmaterialalaboquilla mediante aire comprimido e) Se adiciona agua en la boquilla f) Se lanza a gran velocidad contra la superficie 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez56 UGC WORKSHOP 99Ross DimmockSeptember99Proceso Va SecaAguaBomba para el aceleradorDosificacin del acelerante & a/c ratio controlada por eloperadorAireVa Secaagregados & cemento (& fibras)AceleranteManguera de transporteRendimiento: 4 to 8 m3/hrRebote: Agregados:20 to 30%Fibras de acero - 35 to 75%10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez57 Ventajas y desventajas de la va seca VENTAJAS Equipo ms econmico Distancias ms largas de transporte Peso bajo de la lnea Limpieza fcil Conveniente para aplicaciones de poco volmen DESVENTAJAS Rebote alto Mayor generacin de polvo Relacin a/c variable Mayor desgaste del equipo Bajo rendimiento de produccin Requiere mayor consumo de aire Menos adecuado en la aplicacin de fibras 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez58 Concreto lanzado Va hmeda a) Preparacin de la mezcla b) Alimentacin de la mquina c) El equipo introduce el material a la manguera d) Se transporta el material por flujo denso o diludo e) Se le adiciona en la boquilla aire a presin y aditivo acelerante f) Se lanza a gran velocidad 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez59 Concreto fresco Aire+acelerante 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez60 Ventajas y desventajas de la va Hmeda VENTAJAS Relacin a/c controlada Menor rebote Menor polvo Mayor rendimiento Utiliza una nueva tecnologa de aditivos Ideal para la aplicacin con fibras DESVENTAJAS Equipo caro Distancias ms cortas de transporte Limpieza de bombas y lneas Lnea ms pesada 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez61 Materiales Agregados Agua Cemento Aditivos y adiciones Fibras 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez62 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez63 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez64 Colocacin Vertical 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez65 Colocacin sobre cabeza 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez66 Velocidad Va Seca 90 a 120 m/s(300 a 400 fps) Va hmeda +/- 45 m/s (+/- 150 fps) Velocidad = Compactacin 10/08/2015 05:07:27 p.m.MBT UNICON SA/DIVISION UGC/Luciano Lpez67 Baja Velocidad DISEO DE ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO CON PERNOS DE ANCLAJE El sistema de sostenimiento con pernos de anclaje en un macizo rocoso es controlar la estabilidad de los bloques y cuas potencialmente inestables. CLASIFICACION DE LOS PERNOS DE ANCLAJEa.Pernos por adherencia Pernos helicoidales Cable bolting Anclaje a base de cemento b.Pernos por friccin Pernos Split set Pernos de expansin Pernos de cabeza de expansin swellex Pernos helicoidales: son barras laminadas en caliente con resaltes en forma de rosca helicoidal de amplio paso. el diseo de hilo permite colocar una tuerca que puede rodar longitudinalmente por los resaltes a lo largo de la barra. Perno Split Set: en el taladro el tubo ejerce presin radial contra la roca, su contacto es longitudinal y provee un inmediato soporte al macizo rocoso. PARTES DE UN PERNO DE ANCLAJE ACTIVO Y PASIVO Perno activo: El perno de roca activo funciona como un anclaje: est unido a la roca por la punta, tiene un fuste libre y una cabeza con placa.Pernos pasivos: se adhiere a la roca a lo largo de toda su longitud, y acta de manera similar a las armaduras del concreto; desarrolla su trabajo una vez que el macizo rocoso empieza a deformarse. CRITERIOS PARA INSTALACIN DE PERNOS ANCLAJE Verifica que la zona de trabajo se encuentre despejada al operar el equipo, de acuerdo a las normas de seguridad correspondiente. Ubica la mquina perforadora en posicin de aliamiento para iniciar la perforacin, de acuerdo al tipo de perforacin a realzar. Inicia la perforacin, de acuerdo a la secuencia de perforacin establecida, de acuerdo a las normas de seguridad. Perfora en puntos sealados, verificando durante la operacin la lubricacin y correcto funcionamiento de la maquina perforadora. Seleccione los aceros de perforacinde acuerdo a las dimensiones y especificaciones tcnicas de la operacin a realizar. Coloca el perno en el dispositivo de la mquina perforadora. Introduce los elementospara la fijacin del perno (resinas, inyeccin de lechada) Cierra las vlvulas de aire y agua, al concluir la perforacin. ANCLAJE DE UN BLOQUE CON COHESION EN LOS CONTACTOS Para este caso para anclar el bloque de roca,el nmero de pernos que es necesario colocarestar definidopor la siguiente relacin matemtica. Donde: N = nmero de pernos, colocados con una inclinacin() W = peso del bloque de roca f = Coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3 = Angulo de friccin en la superficie del contacto, de inclinacin . c = cohesin en la superficie del contacto de inclinacin . B = fuerza vertical que puede soportar un pernos. A = longitud del contacto afectado por el deslizamiento.

=

. cos .

. (cos . +. ) SOSTENIMIENTO DE UN BLOQUE INESTABLE ANCLADO AL TECHO DE ROCA SOLIDA El mximo peso que puede soportar un perno est dado por la siguiente expresin matemtica: Donde: F = Coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3 s = Espaciado transversal de los pernos c = espaciado longitudinal de los pernos h = espesor de los estratos de roca que deben ser anclados = densidad de la roca INSTALACIN DE PERNOS EN ESTRATOS HORIZONTALES Y INCLINADOS SOSTENIMIENTO CON PERNOS HELICOIDALES DISEO DE ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO CON MALLAS ELECTROSOLDADAS Lamallametlicaprincipalmenteesutilizadaparalossiguientestres fines:primero,paraprevenirlacadaderocasubicadasentrelos pernosderoca,actuandoenestecasocomosostenimientodela superficiedelaroca;segundo,pararetenerlostrozosderocacada desdelasuperficieubicadaentrelospernos,actuandoenestecaso comounelementodeseguridad;ytercero,comorefuerzodel shotcrete. Existen dos tipos de mallas: la malla eslabonada y la malla electrosoldada. PROCEDIMIENTOS PARA SUS INSTALACION Sealar el rea donde deber instalarse la malla. Desatar todo bloque suelto del rea donde se instalar la malla. Presentar la malla utilizando de ser necesario gatas o puntales. Anclar definitivamente con pernos de roca. Asegurar la malla utilizando la misma platina del perno, si ste an no ha sido instalado, o arandelas a presin o segunda platina de retn y tuerca, si el perno ya fue instalado. 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. Evitar en lo posible superficies con la malla suelta, especialmente cuando se contempla la aplicacin del shotcrete sobre la misma. Los traslapes entre mallas sern como mnimo 20 cm y deben estar asegurados con pernos de anclaje, con un amarre inicial de alambre #8. En reas de altos esfuerzos, deben eliminarse los empalmes horizontales de la malla metlica en el tercio inferior de los hastiales, estos traslapes deben efectuarse a una altura mnima 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. Cuando el uso de la malla es puntual, se puede recortar la malla para su manipulacin sencilla. La malla es muy propensa a daarse fcilmente con la voladura, siendo recomendable reemplazarla, recortando los pedazos daados y colocando una nueva. DISEO DE ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO CON RELLENO HIDRAULICO Uno de los elementos ampliamente usados como medio de sostenimiento artificial en el minado subterrneo, es el relleno colocado en los tajeos vacos. CONCLUSIONES Las propiedades y el comportamiento de diseo de elementos estruccturales es controladodependen enormemente de las condiciones de , caracteristicas geo mecnicas de la roca, colocacin, del tipo de equipo, la experiencia y capacidad del personal, por lo tanto unsostenimiento, an el mejor elaborado, puede presentar problemas cuando se aplica a una superficie no durable o preparada inadecuadamente, sin el equipo adecuado y con personal inexperto GRACIAS