SOSTENIMIENTO DE MACIZOS ROCOSOS
Presentado porSTEPHEN JAVIERSNCHEZ MARTNEZCod: 1180631
Ingeniero:JOS AGUSTIN VARGAS ROSAS
MECNICA DE ROCAS 2
UNIVERSIDAD FRNCICO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERA
INGENIERA DE MINASSAN JOS DE CCUTA, COLOMBIAFEBRERO DE 2015TABLA DE
CONTENIDOIntroduccin....4Objetivos.51. Sostenimiento de macizos
rocosos.....62. Tipos de sostenimiento...72.1. Segn su categora
portante.72.1.1. Sostenimiento principal....72.1.2. Sostenimiento
secundario72.2. Segn la temporalidad..........72.2.1. Fortificacin
sistematica..72.2.2. Fortificacin definitiva.....72.3. Segn el
punto de vista de la funcin......72.3.1. Fortificacin
activa.72.3.2. Fortificacin pasiva.........83. Sostenimiento segn
el material del cual estn hechos....83.1. Sostenimiento
natural.83.2. Sostenimiento con mallas de alambre....83.2.1. Malla
eslabonada...93.2.2. Malla electrosoldada..93.3. Cintas de
acero..103.4. Shotcrete ( concreto lanzado )..113.4.1. Aplicacin
del shotcrete...113.5. Arcos de acero..133.6. Sostenimiento con
pernos....113.6.1. Tipos de pernos de anclaje..173.6.1.1. Pernos de
anclaje mecnico..173.6.1.2. Split set..183.6.1.3. Pernos de varilla
cementados con resina..203.6.1.4. Pernos tipo swellex...233.6.2.
Mtodos de control..243.6.2.1. Control de la instalacin de
pernos..243.7. Sostenimiento con madera.....263.7.1.
Cuadros...263.7.2. Puntuales o taco de madera....273.7.3.
Canastas.283.7.4. Puerta alemana...283.8. Gatas o puntuales
mecnicos.293.9. Cables.304. Seleccin del tipo de
sostenimiento.324.1. Rock system rating........324.1.1. Parmetro
a...324.1.2. Parmetro b...334.1.3. Parmetro c ..334.2. Rock mass
rating.354.2.1. Factor a.354.2.2. Factor b 354.2.3. Factor
c.364.2.4. Factor d364.2.5. Factor e.374.2.6. Factor f.374.2.7.
Categoras de la clasificacin del rmr.384.2.8. Significado de los
tipos de macizo segn el rmr384.3. Sistema de clasificacin
Q..394.3.1 tablas usadas para la
clasificacin.40Conclusin..44Bibliografa.45
Introduccin
El sostenimiento en minera subterrnea es muy importante, ya que
por la naturaleza del trabajo toda labor que se hace en el interior
de la mina se realiza en espacios vacos, inestabilidades producto
de la rotura de la roca o mineral extrado; para lograr que se
mantenga nuevamente estable la zona y en condiciones de trabajarla,
la zona debe de redistribuir sus fuerzas, para ello es necesario
apoyar inmediatamente con el refuerzo o el sostenimiento adecuado,
considerando el tipo de rocas, fallas con relleno, fallas abiertas,
etc.
Objetivos
Objetivo generalReconocer e interpretar el concepto de
sostenimiento de macizos rocosos, sus tipos y la forma en que se
puedan aplicar en la minera.
Objetivos especficos Identificar los diferentes tipos de
sostenimiento Conocer los mtodos para determinar el tipo de
sostenimiento
1. SOSTENIMIENTO DE MACIZOS ROCOSOS
Es el Proceso mediante el cual en la minera subterrnea se
realizan trabajos para mantener las labores abiertas controlando
las presiones ya que al retirarse el mineral del macizo rocoso este
tiende a cerrarse desde el techo, piso o laterales.Cuando se rompe
el equilibrio esttico existente en un macizo rocoso, es decir
ocurre una alteracin del campo tensional inicial, las fuerzas
verticales, las fuerzas horizontales exceden la resistencia natural
del macizo rocoso (capacidad de auto sostenerse), la falla de la
apertura (techo y/o las paredes) es posible que estos se caen. En
estas situaciones se requieren los elementos de sostenimiento.
Figura 1.teora de la bveda.
El sostenimiento tiene como funcin: Reforzar el macizo rocoso
para fortalecerlo, permitiendo que ste se soporte por si mismo,
aminorando de esta forma el fracturamiento progresivo que sufre.
Retener la roca fracturada en las superficies de la excavacin (zona
plstica), por razones de seguridad. Sostener o adherir fuertemente
el o los elementos del sistema de soporte al fondo.
2. TIPOS DE SOSTENIMIENTO
2.1 Segn su categora portante Bsicamente desde el punto de vista
de su categora portante pueden distinguirse dos tipos de
sostenimiento segn la funcin que este desempee: el principal y el
secundario complementario.2.1.1 Sostenimiento principal: Es aquel
que se coloca con la intensin de contrarrestar la presin de techo,
impidiendo que se produzca colapso del mismo o hundimientos
importantes y es aquel que realmente controla la estabilidad global
del taller, aunque no siempre puede cubrir todo el hueco abierto y
evitar inestabilidades locales.2.1.2. Sostenimiento secundario: Es
aquel que se combina con el sostenimiento principal para controlar
ciertos puntos u operaciones donde existe un riesgo de
inestabilidad local o se prev la cada de material.
2.2 Segn la temporalidadDesde el punto de vista de la
temporalidad, bsicamente es posible distinguirlos por los tipos de
fortificacin y por la vida til del sistema de soporte, existiendo
los siguientes:2.2.1 Fortificacin Sistemtica, temporal o de
Desarrollo: Es un sistema de sostenimiento de corto tiempo (menos
de un ao) y se caracteriza por que se instala inmediatamente despus
del disparo (detonacin) del frente, brindan seguridad inmediata al
personal y a los equipos, evitan el deterioro prematuro del macizo
rocoso. Ejemplo: Pernos con Anclajes, pernos roscas, mallas,
etc.2.2.2 Fortificacin Definitiva: Se instalan para asegurar la
estabilidad de las labores y sus singularidades y se instalan en
forma posterior a los disparos de avance para toda la vida til del
proyecto. Ejemplo: Cables de Acero, Pernos con resina o cementados,
shotcrete, marcos metlicos y otros.
2.3. Segn el punto de vista de la funcin Desde el punto de vista
de la funcin de un sistema de sostenimiento, se clasifican como
Fortificacin Activa y Fortificacin Pasiva2.3.1 Fortificacin Activa:
Son aquellos elementos o sistemas de soporte que ejercen accin
soportante, desde el mismo momento en que son instalados, mediante
la aplicacin de una carga externa sobre el macizo rocoso. Tambin se
definen como activos, aquellos sistemas que modifican el interior
del macizo o. Entre estos tenemos s los Pernos con
Anclajes.Expansivos, Pernos tensados y Cables de Acero tensados,
Split set y otros.2.3.2 Fortificacin Pasiva: Son aquellos elementos
o sistemas de soporte que no aplican ninguna carga externa al
momento de la instalacin y slo trabajan cuando el macizo rocoso
experimenta alguna deformacin o cundo son solicitados estticamente.
Tambin se definen como Pasivos los sistemas que modifican el
exterior de la excavacin: Entre estos se encuentran las mallas,
Soporte con Maderas, Marcos Metlicos, Shotcrete, etc.
3. SOSTENIMIENTO SEGN EL MATERIAL DEL CUAL ESTN HECHOS
3.1 Sostenimiento naturalSostenimiento que se realiza con los
bloques del mismo mineral. Es posible este sostenimiento cuando se
encuentran partes rgidas del material que no corren peligro de
derrumbarse.Con machones o bloques de mineral que sirven de
proteccin de las vas principales de transporte. Generalmente estn
en los lados controlando las presiones laterales, de techo y de
piso.Con pilares o columnas del material que se dejan explotar para
que sirvan de sostenimiento en las cavidades de la explotacin. Son
de forma irregular y las dimensiones varan. 3.2 Sostenimiento con
mallas de alambreLas mallas para fortificacin de tneles estn
fabricadas, por alambre de acero especial de alta resistencia, en
diferentes grosores, lo que permite utilizar una mayor distancia
entre los anclajes. Su uso es especialmente indicado en zonas
comprometidas por estallidos de rocas o donde el macizo rocoso est
muy alterado y por lo tanto muy fragmentado.
El alambre est protegido contra la corrosin por una aleacin
especial 4 veces superior al galvanizado habitual, lo que lo hace
muy til y usado en ambientes mineros.
En minera hay dos tipos de mallas que son las utilizadas; las
Mallas Mineras Electrosoldadas (y las Mallas Tejidas, trenzadas o
de bizcocho.
3.2.1 Malla eslabonada: La malla eslabonada o denominada tambin
malla tejida, consiste de un tejido de alambres, generalmente de #
12/10, con cocadas de 2x2 4x4, construida en material de acero
negro que puede ser galvanizada para protegerla de la corrosin. Por
la forma del tejido es bastante flexible y resistente. Esta malla
no se presta para servir de refuerzo al concreto lanzado, por la
dificultad que hay en hacer pasar el concreto por las mallas, no
recomendndose para este uso.
Figura l1.malla eslabonada.
3.2.2 Malla electrosoldada: La malla electrosoldada consiste en
una cuadrcula de alambres soldados en sus intersecciones,
generalmente de # 10/08, con cocadas de 4x4, construidas en
material de acero negro que pueden ser galvanizada. Esta malla es
recomendada para su uso como refuerzo del concreto lanzado
(shotcrete).
Figura ll1.Malla electro soldada.
3.3 Cintas de aceroEstos elementos de sostenimiento usualmente
tienen 1.8 m de longitud, 10 cm de ancho y 4 mm de espesor, estn
provistas de agujeros de 39 mm x 65 mm, para permitir pasar por
ellos los pernos de roca a fin de fijarlos sobre la superficie de
la roca.
Figura lV. Reforzamiento con cinta de acero
Figura V. cinta de acero en el macizo rocoso
A diferencia de la malla metlica, que es utilizada cuando la
roca ubicada entre los pernos presenta bloques pequeos, las cintas
son utilizadas tpicamente cuando la roca circundante a la excavacin
presenta bloques medianos a grandes.
La rigidez de la cinta es un aspecto crtico, especialmente en
excavaciones de formas irregulares, si la cinta es demasiado rgida,
no es fcil adaptarla a la superficie rocosa irregular y por
consiguiente no proporciona el sostenimiento requerido, debiendo
considerarse en esta situacin el uso de cintas ms delgadas para
moldearlas mejor a la superficie irregular de la roc.
3.4 shotcrete (cemento lanzado)El hormign proyectado o Shotcrete
es un material transportado a travs de una manguera, que se lanza
neumticamente, a alta velocidad, contra una superficie. La fuerza
con que el hormign o mortero llega a la superficie, hace que la
mezcla se compacte logrando que esta se sostenga a s misma, sin
escurrir, incluso en aplicaciones verticales y sobre la cabeza.La
teora del sostenimiento por shotcrete se basa en que todo macizo
rocoso tiene una tensin interna estable la que se ve alterada
cuando, por efecto de la construccin del tnel, se efecta una
perforacin en l. Si la roca est muy averiada por efectos de fallas,
meteorizacin y/o el disparo, la friccin de las partes quebradas no
ser suficiente para detener el movimiento de los fragmentos, es
decir, este punto de la excavacin es ahora inestable y trata de
desplazarse en direccin de la menor fuerza, o sea, hacia adentro
del tnel.
Investigaciones han demostrado que si las rocas quebradas
alrededor del tnel estn ligadas entre s y se soportan unas a otras,
la estabilidad se recupera, logrando que la roca se
autosoporte.
Figura V1.maquina lanzadora de concreto.
3.4.1 Aplicacin del shotcreteLa calidad del shotcrete final
depende de los procedimientos usados en su aplicacin. Estos
procedimientos incluyen: la preparacin de la superficie, tcnicas
del lanzado (manipulacin de la boquilla o tobera), iluminacin,
ventilacin, comunicacin y el entrenamiento de la cuadrilla. El
shotcrete no debe ser aplicado directamente a la superficie rocosa
seca, con polvo o congelada. El rea de trabajo debe ser rociada con
un chorro de aire-agua para remover la roca suelta y el polvo de la
superficie donde se aplicar el shotcrete.La roca hmeda crear una
buena superficie, sobre la cual se colocar la capa inicial de
shotcrete. En caso de aplicar varias capas de shotcrete, antes de
aplicar la siguiente capa es necesario limpiar la anterior para una
buena adherencia.
Figura Vl1.aplicacin del concreto lanzado
Figura Vll1.Angulo de lanzado del concreto. 3.5.Arcos de
aceroEste tipo de sostenimiento se utiliza principalmente bajo
condiciones, de alta inestabilidad, donde las presiones son
demasiado altas para otro tipo de sostenimiento.Este mecanismo de
sostenimiento, desde el punto de vista de la temporalidad es del
tipo definitiva y desde el punto de vista de la funcionalidad es un
sistema de fortificacin pasiva, pues modifican el exterior de la
labor y acta al momento de que el macizo rocoso comienza a sufrir
deformaciones o solicitaciones.
El marco de acero est formado por dos o ms piezas metlicas de
seccin H, L, U. Su estructura puede seguir lneas rectas como la
enmaderacin o estar constituida por elementos curvos, siguiendo la
forma de la excavacin de la galera. La unin de las piezas se puede
hacer por medio de placas metlicas soldadas a los extremos de las
piezas del marco, las cuales son unidas por pernos.
Las partes principales de un marco 2 pies derechos o postes
verticales o inclinados,1 corona o viga (de 1, 2 o 3 piezas)Las
cimbras son construidas con perfiles de acero, segn los
requerimientos de la forma de la seccin de la excavacin, es decir,
en forma de bal, herradura o incluso circulares, siendo
recomendable que stos sean de alma llena. Hay dos tipos de cimbras,
las denominadas rgidas y lasdeslizantes o fluyentes.
Las primeras usan comnmente perfiles como la W, H, e I,
conformadas por dos o tres segmentos que son unidos por platinas y
pernos con tuerca. Las segundas usan perfiles como las V y ,
conformadas usualmente por tres segmentos que se deslizan entre s,
sujetados y ajustados con uniones de tornillo.
Figura 1X.Modelo Polvorn Superficie.
Los accesorios en este sistema de sostenimiento son los tirantes
de conexin de las cimbras, el encostillado y los elementos de
bloqueo
Figura X. Accesorios de los arcos de acero.
3.6Sostenimientos con pernosLos sistemas de reforzamiento con
pernos de roca minimizan las deformaciones inducidas por el peso
muerto de la roca aflojada, as como tambin aquellas inducidas por
la redistribucin de los esfuerzos en la roca circundante a la
excavacin.En general, el principio de su funcionamiento es
estabilizar los bloques rocosos y/o las deformaciones de la
superficie de la excavacin, restringiendo los desplazamientos
relativos de los bloques de roca adyacentes.En roca masiva o
levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal de
los pernos de roca es el control de la estabilidad de los bloques y
cuas rocosas potencialmente inestables. sto es lo que se llama
tambin el efecto cua. Cuando los bloques o cuas son aislados solo
amerita estabilizarlas con pernos aislados, a esto es lo que se
denomina tambin, sostenimiento aislado o espordico, de lo contrario
lo usual ser el sostenimiento sistemtico en todo el techo y/o
paredes de la excavacin, segn sea requerido.
Figura X1.el efecto cua. En roca estratificada sub-horizontal y
roca no estratificada con un sistema dominante de discontinuidades
subhorizontales, los pernos ayudan a resistir el desplazamiento
relativo entre los estratos, aumentando la rigidez de la viga
estructural que forman y creando ligazn entre los bloques
tabulares, para minimizar la deflexin del techo. Esto es lo que se
llama tambin el efecto viga.Este concepto puede se extendido al
caso de paredes paralelas a estratos o discontinuidades
subverticales, generando el denominado efecto columna, para
minimizar el pandeo de los bloques tabulares.
Figura Xl1.El efecto viga
Figura Xll1.El efecto columna. En roca fracturada e intensamente
fracturada y/o dbil, los pernos confieren nuevas propiedades a la
roca que rodea la excavacin. Instalados en forma radial, cada perno
crea un bulbo de resistencia, el cual al interactuar con los bulbos
de los pernos adyacentes forman un arco rocoso portante que trabaja
a compresin denominado efecto arco, el mismo que da estabilidad a
la excavacin.
Figura X1V.efecto arco
3.6.1Tipos de pernos de anclaje:
Actualmente hay disponibles diferentes tipos de pernos de roca.
Varios tipos de pernos muestran solo diferencias menores en su
diseo y son bsicamente variedades de un mismo concepto. Segn las
tcnicas de anclaje que se utilizan, podemos agruparlos de la
siguiente manera: pernos anclados mecnicamente, pernos de varillas
cementados o con resina y pernos anclados por friccin.
3.6.1.1pernos de anclaje mecnico
Un perno de anclaje mecnico, consiste en una varilla de acero
usualmente de 16 mm de dimetro, dotado en su opuesto extremo puede
ser de cabeza forjada o con rosca, en donde va una placa de base
que es plana o cncava y una tuerca, para presionar la roca. Siempre
y cuando la varilla no tenga cabeza forjada, se pueden usar varios
tipos de placas de acuerdo a las necesidades de instalacin
requeridas
Figura XV .Perno de anclaje mecnico
Figura XV1.conchas de expansin
Las siguientes consideraciones son importantes para su
utilizacin:
Su uso es limitado a rocas moderadamente duras a duras, masivas,
con bloques o estratificada, sin presencia de agua. En rocas muy
duras, fracturadas y dbiles no son recomendables, debido a que el
anclaje podra deslizarse bajo la accin de las cargas. En rocas
sometidas a altos esfuerzos tampoco es recomendable.
El dimetro del taladro es crtico para el anclaje, recomendndose
un dimetro de 35 a 38 mm para los pernos comnmente utilizados.
Pierden su capacidad de anclaje como resultado de las vibraciones
de la voladura o el astillamiento de la roca detrs de la placa,
debido a altas fuerzas de contacto, por lo que no es recomendable
utilizarlos en terrenos cercanos a reas de voladura.
Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal. Si son
utilizados para reforzamiento permanente, stos deben ser protegidos
de la corrosin si hay presencia de agua y deben ser post-cementados
con pasta de cemento entre la varilla y la pared del taladro.
Proporcionan una tensin limitada que raramente sobrepasan las 12
TM.
3.6.1.2 Split set
El split set, consiste de un tubo ranurado a lo largo de su
longitud, uno de los extremos es ahusado y el otro lleva un anillo
soldado para mantener la platina. Al ser introducido el perno a
presin dentro de un taladro de menor dimetro, se genera una presin
radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes del
taladro, cerrando parcialmente la ranura durante este proceso. La
friccin en el contacto con la superficie del taladro y la
superficie externa del tubo ranurado constituye el anclaje, el cual
se opondr al movimiento o separacin de la roca circundante al
perno, logrando as indirectamente una tensin de carga.
Figura XVl1.perno de friccin Split set.
Figura XVll1.Mecanismo de anclaje del Split set
Las siguientes consideraciones son importantes para su
utilizacin: Los split sets son utilizados mayormente para
reforzamiento temporal, usualmente conformando sistemas combinados
de refuerzo en terrenos de calidad regular a ala. En roca
intensamente fracturada y dbil no es recomendable su uso.
Su instalacin es simple, solo se requiere una mquina jackleg o
un jumbo. Proporciona accin de refuerzo inmediato despus de su
instalacin y permite una fcil instalacin de la malla.
El dimetro del taladro es crucial para su eficacia, el dimetro
recomendado para los split sets de 39 mm es de 35 a 38 mm, con
dimetros ms grandes se corre el riesgo de un anclaje deficiente y
con dimetros ms pequeos es muy difcil introducirlos. Son
susceptibles a la corrosin en presencia de agua, a menos que sean
galvanizados. En mayores longitudes de split sets, puede ser
dificultosa la correcta instalacin. Los split sets son
relativamente costosos.
3.6.1.3 pernos de varilla cementados o con resina
Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo
biselado, que es confinado dentro del taladro por medio de cemento
(en cartuchos o inyectados), resina(en cartuchos) o resina y
cemento. El anclaje entre la varilla y la roca es proporcionado a
lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, por tres
mecanismos: adhesin qumica, friccin y fijacin, siendo los dos
ltimos mecanismos los de mayor importancia, puesto que la eficacia
de estos pernos est en funcin de la adherencia entre el fierro y la
roca proporcionada por el cementante, que a su vez cumple una
funcin de proteccin contra corrosin, aumentando la vida til del
perno. De acuerdo a esta funcin, en presencia de agua,
particularmente en agua cida, el agente cementante recomendado ser
la resina, en condiciones de ausencia de agua ser el cemento.
Figura X1X.perno de varilla corrugada
Las siguientes consideraciones son importantes para su
utilizacin: Los pernos de varilla cementados o con resina son
generalmente usados como refuerzo permanente, pero tambin pueden
ser utilizados como refuerzo temporal en varias condiciones de
roca, desde rocas de buena a mala calidad, constituye el mejor
sistema para rocas de muy mala calidad y tambin para rocas en
ambientes de altos esfuerzos. En presencia de discontinuidades
abiertas y/o vacas, no es recomendable su uso a menos que la
inyeccin de la pasta de cemento pueda ser chequeada
Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere
varios das de curado antes que el perno trabaje a carga completa,
pero apropiadamente instalados son competentes y durables, con alta
resistencia en condiciones de roca dura. Estos pernos tienen larga
vida til y constituyen el sistema ms verstil de pernos de roca. El
uso de varillas con cemento inyectado es frecuentemente el sistema
de sostenimiento ms barato, pero no se debe usar en taladros con
agua y tampoco se debe tensar inmediatamente. El dimetro requerido
por los taladros es de 32 a 36 mm
Figura XX. Instalacin de una barra helicoidal.
Cuando se usa resina, sea sta de fraguado rpido (menos de 30
segundos) o fraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a
carga completa en ms o menos 5 minutos, permitiendo as pretensar el
perno e instalarlo en presencia de filtraciones de agua. La resina
viene en cartuchos con el catalizador separado de la resina y por
efecto de la rotacin del perno al momento de introducir al taladro,
stos se mezclan generando el fraguado. Este sistema proporciona una
alta capacidad de carga en condiciones de roca dura, resistente a
la corrosin y a las vibraciones del terreno y brinda accin de
refuerzo inmediato despus de su instalacin, aunque su costo es
mayor que los pernos cementados (en cartucho o inyectado). El
dimetro del taladro es crucial para el mezclado y fraguado de la
resina, para varillas de 20 mm el dimetro mximo debe ser 32 mm.
Figura XX1.Tipos de cartuchos de resina. Tambin se pueden
instalar las varillas combinando la resina de fraguado rpido con el
cemento (en cartuchos o inyectado). En este caso, la resina va al
fondo del taladro y el resto es llenado con lechada de cemento o
cartuchos de cemento. Una de las razones para emplear este sistema
es disminuir los costos. En general es importante chequear la
calidad del cemento y de la resina antes de su uso, desde que son
muy sensibles al almacenamiento subterrneo por largos periodos de
tiempo, stas tienen una vida limitada indicada por el
fabricante.
3.6.1.4 Pernos tipo SwellexTambin es un perno de anclaje por
friccin, pero en este caso la resistencia friccional al
deslizamiento se combina con el ajuste, es decir, el mecanismo de
anclaje es por friccin y por ajuste mecnico, el cual funciona como
un anclaje repartido.
Figura XXl1.Mecanismo de anclaje swellex. Una vez expandido el
tubo, se genera una tensin de contacto entre el tubo y la pared del
taladro, produciendo dos tipos de fuerzas: una presin o fuerza
radial perpendicular a su eje y una fuerza de rozamiento esttico,
en toda su longitud, cuya magnitud depende de la estructura de la
roca y de la dimensin del taladro.
Las siguientes consideraciones son importantes para su
utilizacin: Constituyen un sistema alternativo a los split sets,
pero de mejor rendimiento en terreno de menor calidad, para el
refuerzo temporal. Debido a la existencia de distintos tipos de
swellex, cubren un amplio rango de aplicacin desde rocas duras a
suaves y en terrenos muy fracturados. Tienen buena respuesta a los
efectos cortantes de la roca. En roca dura, 0.5 m de longitud del
perno, proporciona una resistencia a la traccin igual a su carga de
rotura. Dada su gran flexibilidad, stos pueden instalarse en
longitudes de hasta 3 veces la altura de la labor.
Es de instalacin sencilla y rpida, el efecto de refuerzo es
inmediato, y est provisto de arandelas para colocar la malla en
cualquier momento. El principal problema es la corrosin, aunque las
nuevas versiones vienen cubiertas con una capa elstica protectora o
son de acero inoxidable. Son ms costosos que los split sets.
3.6.2 Mtodos de control3.6.2.1 Control de la instalacin de los
pernosAdicionalmente a los diferentes aspectos indicados
anteriormente, para la correcta instalacin de los pernos se debe
tener en cuenta lo siguiente:
Verificar las condiciones de seguridad previas a la instalacin,
asegurando que el rea presente buen desatado de las rocas sueltas y
ventilacin adecuada.
Si durante el desatado, la cada de fragmentos rocosos fuera
continua, se debe asegurar el techo con malla, sujeta con puntales
o gatas, de otro modo colocar una capa de shotcrete de 2 (5 cm) de
espesor.
Se debe sealizar la ubicacin adecuada de los pernos a
colocar.
Prever todos los materiales, equipos y herramientas que se
debern utilizar para la instalacin de los pernos, verificando su
estado, calidad y cantidad adecuada, as como los requerimientos de
aire y agua que sean necesarios.
Perforar los taladros con el dimetro, longitud, orientacin y
distribucin adecuados, limpiando los mismos antes de colocar los
pernos.
Figura XXll1.Formas incorrectas y correctas de instalacin de los
pernos.
Nunca dejar un taladro perforado sin haber colocado de inmediato
el perno. Similar al desatado, instalar los pernos comenzando de la
zona ya sostenida o bien desatada, avanzando en el sostenimiento
hacia la zona por sostener.
En lo posible, los pernos deben ser colocados perpendicularmente
a la superficie del contorno de la excavacin, tratando de que stos
amarren a los bloques rocosos.
No se deben instalar los pernos alineados en forma paralela a
las discontinuidades o en las discontinuidades, por que stos
perdern su eficacia.
El personal encargado de la instalacin de los pernos debe estar
bien entrenado y capacitado.
3.7Sostenimiento con maderaEl sistema de soporte con maderas no
aplican ninguna carga externa sobre el macizo rocoso instalado, y
solo trabajan cuando el macizo rocoso experimenta alguna deformacin
o desplazamiento, momento en el cual los elementos de fortificacin
comienza a tomar carga.
Las rocas presentes en seno de la corteza terrestre se hallan en
estado de tenso equilibrio debido a una presin nueva de toda la
masa de la roca suprayacente, esta presin se modifica por la
excavacin, dando as a una nuevo esfuerzo que es variable con el
tiempo y la posesin
En las minas, la madera puede estar sujeta a esfuerzos de
tensin, flambeo o pandeo, flexin, cizallamiento o corte y
principalmente a la compresin.Tipos
3.7.1 Cuadros
Es un sistema que se aplica en labores de desarrollo o
preparacin donde los respaldos y los costados de la mina de carbn
presentan deslizamientos o desprendimientos del techo inmediato es
decir que sean deleznable, Son usados cuando la mayor presin
procede del techo. Estn compuestos por tres piezas, un sombrero y
dos postes, asegurados con bloques y cuas, en donde los postes
forman un ngulo de 90 con el sombrero.
Figura XX1V. Esquema de un cuadro recto.
3.7.2. Puntales o taco de madera:
No es de uso constate. Es utilizado en labores de preparacin y
explotacin como un tipo preliminar o complementario. Es de fcil
aplicacin, permite un soporte puntual y no requiere de mucha
precisin y destreza.
Figura XXV. Puntuales o tacos.
3.7.3 Canastas (woodpacks)Es un conjunto de palancas de madera
que permite reforzar espacios que estn sometidas a presiones
elevadas de techo, es instalada en forma de marco entre piso y
techo de la seccin o cavidad soportan las presiones de techo Pueden
ser recuperables o no recuperables, rellenas o sin relleno.
Figura XXV1.Canasta o woodpacks. 3.7.4. Puerta alemana: Se usa
en labores de desarrollo y ciertas de preparacin, donde se tienen
presiones en el techo y en los costados de la va, esta tcnica da
seguridad al desplazamiento del personal, prolonga la vida til de
la labor y evita cadas de rocas.
Figura XXVl1.puerta alemana.
3.8 Gatas o puntuales mecnicos
Constituyen unidades de soporte mecnico de los techos de las
excavaciones, que funcionan a manera de puntales, generalmente
utilizadas en el minado de rocas suaves como es tpicamente el
minado por frentes largos en los yacimientos de carbn; sin embargo,
en el minado en roca dura tienen algunas aplicaciones, por ejemplo,
como elemento auxiliar antes de la instalacin de los pernos de roca
o para la instalacin de la malla metlica y en el minado de vetas de
buzamiento echado, tipo manto, para complementar el sostenimiento
del techo con pilares naturales. Aisladamente se utilizan para
soportar bloques o cuas potencialmente inestables del techo de los
tajeos.
Las gatas usualmente utilizadas son las de friccin y las
hidrulicas o neumticas. Las primeras 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. Las segundas 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
Figura XXVll1.gata o puntual mecnico Las gatas o puntales que
son utilizados como elemento auxiliar antes de la instalacin de los
pernos o para la instalacin de la malla metlica, son elementos
ligeros que tienen una capacidad de carga de 10 a 15 toneladas. Las
gatas o puntales pesados para soporte de techos tienen una
capacidad portante de 20 a 40 toneladas. Vienen en diferentes
longitudes.
3.9 Cables 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
comnmente usado es el denominado trenzado simple conformado por 7
alambres, que en conjunto tienen 5/8 de dimetro, 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 y
los cables bulbados, para mejorar la adherencia del cable con el
cemento.
Aparte de su fabricacin y capacidad de carga, no hay diferencias
significativas entre los pernos de varilla cementados y los cables
inyectados con pasta de cemento. En ellos rigen los mismos
principios de funcionamiento, en el caso de los cables hay que
adicionar a la accin del refuerzo, la accin de sujecin de los
bloques rocosos sueltos, sin embargo, en el caso de pequeos bloques
rocosos sueltos, los cables son inefectivos, siendo necesario
complementar el sostenimiento con pernos de roca y/o malla y/o
concreto lanzado (shotcrete).
Figura XX1X. Tipos de cables.
Figura XXX. Funcionamiento de los cables4. SELECCIN DEL TIPO DE
SOSTENIMIENTO
Para definir el diseo ms adecuado de soporte, se emplean algunos
de los sistemas de clasificacin geotcnica para macizos rocosos,
tales como, el RMR de Beniawski, RMR de Laubscher, el Q de Burton y
otros basados fundamentalmente en las propiedades mecnicas y/o
estructurales de las masas rocosas
4.1 Rock System RatingSe trata de un sistema cuantitativo para
describir la calidad de la roca y seleccionar el soporte [marcos de
acero, anclas y concreto lanzado] ms apropiado para sta. El
sistema, llamado Valuacin de la Estructura Rocosa (Rock Structure
Rating RSR), considera tres parmetros cuya suma indica la
competencia o calidad de la roca:RSR = A + B + C
La suma de los parmetros A, B y C en el sistema RSR, tiene un
valor mximo de 100.4.1.1 Parmetro A
Figura XX1X. parmetro A
4.1.2 Parmetro B: influencia del diaclasado
Figura XXX. Parmetro B
4.1.3 Parmetro C: efecto del agua
Con base en el valor de RSR se recomiendan elementos de
fortificacin, mediante el grfico siguiente. Estas recomendaciones
son puramente empricas.
4.2 Rock mass rating
El sistema fue desarrollado en Sudfrica por el Dr. Z.T.
Bieniawski durante los aos 1972-1973 y posteriormente modificada
(1989,1990) a medida que se enriqueci con reporte de casos de
diferentes pases. El RMR evala los siguientes seis factores
determinados en el campo y en el laboratorio:
A :Designacin de la calidad de Roca (RQD) B : Resistencia a la
compresin simple de la roca C : Espaciamiento de las
discontinuidades D : Condicin de las discontinuidades E : Condicin
del agua subterrnea [Filtracin] F : Orientacin de las
discontinuidades
RMR = ( (A) + (B) + (C) + (D) + (E) )- (F)
El valor de calificacin del sistema de clasificacin de RMR vara
entre 0 y 1004.2.1 Factor a: puntaje segn RQD
4.2.2 Factor b: puntaje por la resistencia a la compresin simple
de la roca intacta
4.2.3 Factor c: puntaje para el espaciamiento de las
discontinuidades del juego mas importante
4.2.4 Factor d: Se requiere conocer el carcter de las
superficies de las fracturas, y el estado de alteracin o
conservacin de los labios de las mismas. El valor del Factor D se
obtiene considerando, en forma separada, valorando cada uno de los
siguientes subfactores y luego estimando la suma de los mismos, de
acuerdo con lo indicado en la Tabla D: E1 + E2 + E3 + E4 + E5.
4.2.5 Factor E : puntaje segn las condiciones del agua
subterrnea
4.2.6 Factor F : correccin en base a la orientacin de las
discontinuidades. Orientacin del patrn de fracturamiento mas
critico con relacin a la estabilidad de una obra
4.2.7 Categoras de la Clasificacin Geomecnica RMR
Con los resultados obtenidos del puntaje final del rmr podemos
determinar la clase del macizo rocoso
4.2.8 Significado de los tipos de macizo rocoso segn el rmr
4.3 Sistema de clasificacin Q
Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, la principal
ventaja del sistema de clasificacin Q es Desarrollado por Barton,
Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de clasificacin de
macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos
para tneles y cavernas. El sistema Q est basado en la evaluacin
numrica de seis parmetros que definen el ndice Q. Este ndice viene
dado por la siguiente expresin.
Sus parmetros son: RQD Numero de familia de juntas Rugosidad de
la discontinuidad ms favorable. Grado de alteracin o relleno en la
discontinuidad ms dbil (ms favorable) Presencia de agua (flujo de
agua). Estado de tensiones.
En el sistema Q el ndice de calidad de la roca vara de 0.001 y
1000 en una escala logartmica.Donde: R.Q.D: ndice de calidad de la
roca. Jn: ndice de diaclasado que indica el grado de fracturacin.
Jr: ndice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de
las discontinuidades. Ja: ndice de alteracin de las
discontinuidades. Jw: Coeficiente reductor por la presencia de
Agua. SRF: (Stress reduction factor) Coeficiente que tiene en
cuenta la influencia del estado tensional sobre el macizo rocoso.
4.3.1 tablas usadas para la clasificacin del sistema q.
Tabla 1: RQD.
Tabla 2: numero de familia de juntas Jn.
Tabla 3: ndice de rugosidad de las juntas Jr.
Tabla 4: ndice de alteracin de las discontinuidades Ja.
Tabla 5 : agua en las juntas Jw
Tabla 6: tensiones en excavaciones SRF
Conclusiones
Se puede concluir que el sostenimiento de los macizos rocosos
son indispensables para poder realizar operaciones en labores
subterrneas, para garantizar una seguridad y una estabilidad a los
trabajadores y maquinas, adems tambin se puede analizar que para
determinar el tipo de sostenimiento es indispensable tomar y
analizar datos geotcnicos, para as llegar al tipo de sostenimiento
adecuado
Bibliografa
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subterrnea.
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