Manual de Shotcrete

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INTRODUCCION

E

l uso de Shotcrete dentro de las actividades mineras, se ha constituido como uno de los principales métodos de sostenimiento de labores subterráneas acompañadas en ciertos casos de mallas y/o pernos.

Los trabajos simultáneos de socavones múltiples, dificultades de accesos y condiciones de carga inusuales, son algunos de los problemas que son propios al minado subterráneo y que requieren de aplicaciones nuevas e innovadoras de la tecnología del Shotcrete. A su vez que se han implementado equipos robotizados para el lanzado, influyendo directamente en un aumento en la productividad y teniendo mayor versatilidad y seguridad dentro del sostenimiento mediante Shotcrete. Con necesidades en el campo de la tecnología del concreto cada vez más exigentes y especializadas en la medida que las labores de explotación minera se han expandido, innovado y sofisticado. El concreto lanzado, tiende a optimizar el diseño para lograr resistencias altas en un tiempo más corto, haciendo más dinámico el proceso de sostenimiento y por ende el ciclo de minado. El presente informe elaborado por el Departamento de Operaciones de la Empresa Especializada Robocon Servicios de la Unidad de San Cristóbal, sistematiza todo el proceso de sostenimiento de labores mineras mediante el Shotcrete, en la unidad San Cristóbal, incluyendo diseño del Shotcrete, ensayos, pruebas,

precios unitarios, especificaciones técnicas de los equipos, proceso de mapeo geomecánico etc. Este documento, detalla todo el proceso que se realiza para un sostenimiento con Shotcrete de calidad el cual garantice el espesor y la resistencia a la compresión requerida y recomendada por el departamento de Geomecánica y Operaciones. Finalmente, se presenta de manera global, la eficiencia, ratios y controles, que se tiene en la Unidad San Cristóbal.

Departamento de Operaciones

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CAPITULO I

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I. SHOTCRETE

1.1 Concepto

egún el ACI 506 R, Shotcrete es un concreto trasportado

S

por algún medio, vía seca o húmeda, a través de una manguera, proyectado neumáticamente a gran velocidad contra una superficie, hormigón

proyectado

también

se

denomina

neumáticamente;

como

hormigón

pulverizado o gunitado.

1.2 Aplicaciones

Se aplica Shotcrete para resolver problemas de estabilidad en túneles y en otras construcciones subterráneas. Además, hoy en día esta técnica es un factor clave para el soporte de rocas en aplicaciones tales como:            

Revestimiento temporal en desarrollos y avances. Revestimiento definitivo en galerías, túneles, cavernas, rampas, piques y pozos. Impermeabilización local. Revestimiento para mejorar las condiciones aerodinámicos de las galerías (reducir resistencia). Consolidación de taludes y paredes rocosas. Aplicaciones de pre-refuerzo para pernos y mallas. Impermeabilización de obras hidráulicas, túneles y cavernas. Renovación de túneles ferroviarios. Refuerzo de construcciones obras de hormigón y de mampostería. Protección anti-corrosiva de refuerzo de acero. Revestimiento de tuberías. Reparación de obras de hormigón defectuosos.

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1.3 Antecedentes:

Su invención se atribuye al Norteamericano Carl EthonAkeley el año de 1907. La industria de la Ingeniería Civil, fue la pionera en el uso del Shotcrete para el sostenimiento de excavaciones subterráneas. La revisión del desarrollo de la tecnología del Shotcrete ha sido presentada por Rose (1985), Morgan (1992) y Franzén (1992). Rabcewicz fue el gran responsable de la introducción del uso del Shotcrete para sostenimiento de túneles en la década de 1930 y del desarrollo del Nuevo Método Austriaco de Tunelería para la excavación en terrenos débiles. Sus primeras aplicaciones se tenía deficiencias en cuanto a  Gran polución de polvo  Mezcla controlada por el Operador de manera empírica  Dosificación irregular de la mezcla  Gran variación en sus resultados  Baja producción (< a 1 m3/hr)  Alto rebote (de 30% a 50%) Primeras aplicaciones posteriores a la segunda guerra mundial  Mayor desarrollo tecnológico a partir de 1971  Entre 1971 y 1980 Noruega migró de 100% vía seca a 100 % vía húmeda  La aplicación pasó de manual a robótica Su primera aplicación en el Perú data del año 1999 en la C.H. De Chimay, y en la unidad minera San Cristóbal Cía. Volcan en el año 2002 (Sostenimiento con Shotcrete vía Humeda-1250 m3).

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CAPITULO II

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II. SISTEMAS DE APLICACIÓN

H

ay dos métodos de Shotcrete: seco (al que se le añade el agua de hidratación en la boquilla de proyección), y húmedo (aquel en el que las mezclas transportadas

contienen ya el agua necesaria para la hidratación). Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas, y la selección de uno u otro dependerá de los requisitos del proyecto y de la experiencia del personal encargado de ejecutarlo.

2.1 MÉTODO POR VÍA SECA

En la proyección de Shotcrete por vía seca los materiales se premezclan en seco, y el concreto o mortero se transporta por mangueras mediante aire comprimido; el agua necesaria para la hidratación es aplicada en la boquilla o unos metros antes de ésta. Entre las ventajas del método figuran el bajo costo de los equipos, la facilidad de transporte subterráneo y la limpieza. En el método por vía seca puede agregarse acelerante en la boquilla (en forma líquida o premezclado con el agua) o bien puede agregarse al material seco como polvo antes del bombeo.

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2.1.2 Ventajas y desventajas del Método:

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Menor razón agua/cemento

Mayor cantidad de rechazo

Mayor

resistencia

y Precauciones

compacidad

de

seguridad

extremas con el personal por la contaminación,

daños

por

el

rebote del agregado y efecto cáustico de los acelerantes. Es

posible

transportar

la Tiempo de permanencia limitado

mezcla a distancias largas

del personal en el frente de lanzado

por

las

dificultades

enunciadas. Hay

menor

flexibilidad

de Aditivos

alcalinos

colocación al inicio y termino, aluminatos, con bajo rechazo

con

en

base

a

resistencias

finales bajas, agresivos para la piel

Facilidad de transporte

Control de agua y consistencia variables a criterio del operador

Alto rebote y baja producción Gran dispersión en resistencias (Del orden de 25% a 40% de (No más de 250 kg/cm2 en rebote, y de 2 m3/hora a 5 promedio, con Ds hasta de 50 m3/hora como rendimiento en kg/cm2) colocación) Equipos

pequeños

operados Alta contaminación en la zona de

manualmente Conveniente

lanzado para

la Sobredosificación del cemento

aplicaciones de poco volumen.

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RESISTENCIA EN COMPRESIÓN VS RELACIÓN AGUA/CEMENTO.

2.2 . MÉTODO POR VÍA HÚMEDA

Entre 1971 y 1980 se produjo un desarrollo impresionante del método por vía húmeda en Escandinavia, con consiguiente transformación total de su mercado de Shotcrete: se pasó de 100 % de vía seca a 100 % de vía húmeda, y la aplicación pasó de manual a robótica. Este

cambio

radical

ocurrió

sólo

en

Noruega.

Desde

aproximadamente 1976 -1978 se han venido agregando cada vez más el humo de sílice y la fibra metálica al Shotcrete fabricado por vía húmeda.

Sin duda alguna los noruegos llevan la delantera en la tecnología del Shotcrete fabricado por vía húmeda, tanto en teoría como en práctica. La mala fama de la técnica de proyección por vía húmeda se debe a los deficientes equipo utilizados y al poco conocimiento del método, factores que han acarreado la producción de un concreto de muy baja calidad. Para que la mezcla pudiera pasar por el equipo, se utilizaban contenidos muy altos de agua, con una relación de agua/cementante hasta de 1,0. Gracias a la tecnología de la industria del concreto actual, hoy en día es totalmente factible producir Shotcrete por vía húmeda que tenga una resistencia a la compresión a los 28 días superior a 60 MPa. Actualmente la tecnología se utiliza también en la construcción de nuevas edificaciones (en vez del método de colocación original) y en la reparación de plataformas petroleras en el Mar del Norte. Esto es una prueba fehaciente de la alta calidad del método, dados los estrictos requisitos que deben cumplir los métodos y los materiales utilizados en la construcción submarina.

2.2.1 Aplicación

Con el método húmedo se utiliza un concreto ya mezclado en planta de concreto o un mortero pre envasado. El concreto se prepara de la misma forma que el concreto normal. En cualquier momento del proceso

es

posible

inspeccionar

y

controlar

la

relación

agua/cementante (y por tanto, la calidad). La consistencia puede ser ajustada por medio de aditivos. Con el método de vía húmeda es más fácil producir una calidad constante a lo largo del proceso de proyección. La mezcla ya lista se descarga en una bomba y se transporta a presión a través de la manguera.

Al

principio

se

utilizaban

principalmente

bombas

helicoidales; hoy en día predominan las bombas de pistón. En la boquilla del extremo de la manguera, se agrega aire al concreto a razón de 7-15 m3/min y una presión de 7 bars según el tipo de

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aplicación (manual o robot). El aire tiene la función de aumentar la velocidad del concreto a fin de lograr una buena compactación y adherencia a la superficie. Un error común que se comete con el método de vía húmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire. Generalmente se agregan entre 4 y 8 m3/min, lo cual lleva a menores resistencias a la compresión así como también adherencia deficiente y rebote. Para la proyección robotizada se requieren hasta 15 m3/min de aire. Además de aire, se añaden acelerantes de fraguado en la boquilla. Todavía hay quien cree que no es posible obtener concreto resistente a la congelación, y que los acelerantes de fraguado empeoran la adherencia del Shotcrete. Los resultados de varios estudios, aunado a la experiencia práctica, demuestran que los acelerantes logran una mejor resistencia a la congelación debido a que producen un concreto más compacto y duradero; asimismo, mejoran la adherencia porque evitan el escurrimiento del concreto sobre el terreno, y éste se adhiere inmediatamente a la superficie.

2.2.2 Ventajas

 A continuación se expone un resumen de las ventajas del método de vía húmeda en comparación con el de vía seca:  Rebote mucho menor. Con el uso de equipos apropiados y de personal capacitado, se obtienen pérdidas normales que oscilan entre 5 y 10 %, incluso para el caso de proyección de concreto reforzado con fibras.  Mejor ambiente de trabajo debido a la reducción del polvo.  Capas más gruesas gracias al uso eficiente de los materiales de mezcla.  Dosificación controlada del agua (relación agua/cementante constante y definida).  Mejor adherencia.  Mayor resistencia a la compresión, y uniformidad de resultados.

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 Producción muy superior, y por tanto más economía.  Uso de fibras metálicas y nuevos aditivos.

2.2.3 Desventajas Distancia de transporte limitada (máx. 300 m).  Mayores demandas en la calidad del agregado.  Sólo se permiten interrupciones limitadas.  Costos de limpieza. Con la proyección robotizada de superficies suficientemente grandes por vía húmeda, es posible lograr (con un operario) una producción promedio de 60 - 100 m3 con rebote inferior al 10 %, en un turno de trabajo de 8 horas. Al comparar los métodos seco y húmedo, puede concluirse que el primero debe ser utilizado para aplicaciones de volúmenes pequeños (p. ej., reparaciones) y en condiciones muy especiales (distancias largas, interrupciones repetidas, etc.), mientras que el método por vía húmeda debe utilizarse en todo trabajo de soporte de rocas. Diseño de la mezcla para proyección por vía húmeda Elementos necesarios para producir un buen Shotcrete con el método por vía húmeda:  Cemento  Microsílice  Agregados  Aditivos  Acelerantes líquidos de fraguado, libres de álcalis  Fibras  Postratamiento  Equipo de proyección apropiado  Correcta ejecución de la técnica A continuación se mencionan aspectos individuales que pueden influir en la calidad del material obtenido. Tal como se mencionó anteriormente, el Shotcrete tiene los mismos requisitos que el concreto normal utilizado en construcción, a saber:

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 Baja relación agua/cementante  Menos agua  Menos cemento  Buena capacidad de colocación Las diferencias entre las propiedades del concreto fresco y del endurecido son particularmente pronunciadas en el caso del Shotcrete. Este hecho disminuye la calidad del Shotcrete fabricado por vía húmeda; sin embargo, la diferencia puede controlarse con el uso de aditivos reductores de agua, microsílice y fibras.

2.3.

PROPIEDADES DEL SHOTCRETE

2.3.1 Aspecto. La superficie natural del hormigón proyectado es rugosa. Esta rugosidad depende sobre todo del tamaño del árido grueso utilizado y de la técnica de proyección, o sea del operador. 2.3.2 Adherencia. La adherencia está en función a condiciones en que la roca sea sólida, limpia y exenta de partes sueltas. La mezcla choca a la superficie del terreno a una velocidad elevada, y sella las irregularidades, las fisuras y los poros con la ayuda de las partículas más finas. A la vez, sobre el soporte se forma una fina capa de pasta de cemento, a la cual se incrustan los granos de áridos gruesos, efectuándose un puente o arco de adherencia. Su resistencia al desprendimiento viene dada por la variación de la naturaleza de la superficie de aplicación. Se admite que la adherencia del Shotcrete con la roca permite la absorción de los esfuerzos de flexión el cual se mejora con la adición de fibras. La unión del Shotcrete con la roca debe ser lo más fuerte para evitar el proceso de aflojamiento y descompresión. 2.3.3 Porosidad. El hormigón proyectado generalmente contiene más cantidad de áridos finos y más cantidad de cemento que el hormigón tradicional; por lo que, la porosidad es menor; además, la relación agua/cemento es menor y la compacidad alta, se crean

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poros bajo forma de inclusiones de aire que no se comunican entre sí. La porosidad es creada por el aire encerrado durante el proceso de la operación. 2.3.4 Densidad aparente. Varían entre 2.0 a 2.5 kg/dm3 que dependen del contenido del cemento y la porosidad. La experiencia demuestra que densidades menores a 2.2 kg/dm3, conducen a la obtención de resistencias menores a 250 kg/cm2, mientras que densidades superiores a 2.25 kg/dm3 permiten obtener resistencias superiores a 250 kg/cm2. 2.3.5 Resistencia a la compresión. En la mayor de las veces es ligeramente inferior a la de un hormigón normal de granulometría 30mm, debido a la finura del hormigón proyectado. Como dato estándar alcanza resistencias a compresión no inferiores a 300 kg/cm2 a los 28 días. Sin embargo, una característica fundamental del hormigón proyectado es la evolución de resistencias con el tiempo a causa de su contenido elevado de cemento, 500 kg/cm2 a los 12 meses y 600 kg/cm2 a los 4 años. Algunas veces se ha reportado hasta 700 kg/cm2. Por el uso de acelerantes de fragua se puede conseguir altos valores de resistencia inicial. Así, se puede tener la progresión de resistencias en base a mezcla de concreto prevista para obtener a la compresión de 28 días. 2.3.6 Resistencia a tracción. Varía entre 20 - 30 kg/cm2 a los 28 días y 30 - 55 kg/cm2 a los 3 años. Esta resistencia mejora con la utilización de la fibra. 2.3.7 Permeabilidad. En el caso del hormigón proyectado alcanza valores entre 10-25x10-10 m/s que es inferior al de un hormigón normal que es de 50x10-10 m/s. La

relación

agua/cemento

para

el

concreto

lanzado

esta

comprendida entre 0.35 a 0.5 por peso, que es más baja que la mayoría de los valores para las mezclas convencionales. La contracción por secado depende de las proporciones de mezclas empleadas, pero se encuentran entre 0.06 - 0.10 %.

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2.4. REQUERIMIENTOS BÁSICOS DEL SHOTCRETE

2.4.1 Requerimientos mecánicos  Debe poseer resistencia a temprana edad, suficiente para contrarrestar las tensiones o relajaciones particularmente en el último tramo excavado.  Obtener resistencias suficientes para equilibrar los esfuerzos de corte o cizalla y

flexo-tracción, para de esa manera

soportar eficazmente a las solicitaciones del “empuje de roca”. 2.4.2 Requerimientos físicos:  Protección contra la meteorización, la erosión o deterioro de la superficie rocosa del macizo rocoso atravesado.  Impedir el ingreso del aire y humedad en las aberturas de la roca.  Impedir que la variación de temperatura circundante a la excavación adquiera alto rango.

2.4.3 Requerimientos hidráulicos:  Sellado de las aguas de infiltración a la labor.  Disminuir la rugosidad en las paredes de la labor, para mantener y controlar un régimen de pérdida de carga, cuando la excavación tiene por finalidad conducir agua.

2.4.4 Requerimientos químicos:  Protección de la roca a la acción de aguas agresivas, humos, gases.  Impedir que la roca circundante a la excavación sufra desestabilización por efectos de las aguas ácidas.

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2.5. MATERIALES PARA EL SHOTCRETE

CEMENTO PORTLAND: Es un aglomerante que se obtiene de la transformación de una materia prima que puede estar compuesto de una mezcla de caliza, arcilla y otros minerales o simplemente caliza. Esta materia prima finamente molida, es llevada a altas temperaturas (1400º a 1450° C), a través de un horno (rotatorio o vertical), de donde se obtiene un producto denominado CLINKER, del cual, al molerse finamente con alrededor de 5% en peso de yeso, se obtiene el CEMENTO. Si el Clinker fuera molido finamente para ser utilizado como cemento, en el momento de su mezcla con el agua fraguaría casi de inmediato, por tal razón, en el momento de la molienda se le adiciona Yeso Natural con el objeto de retardar el fraguado. EL AGUA:

Es un elemento fundamental en la preparación del concreto lanzado, estando relacionado con la resistencia, trabajabilidad, manchado, corrosión del refuerzo y propiedades del concreto endurecido. El agua debe ser limpia y estar libre de cantidades perjudiciales de aceite, ácidos, álcalis, sales, material orgánico y otras sustancias que puedan ser nocivas al concreto y acero. Se bebe realizar análisis químicos, donde no debe tener valores superiores a los máximos admisibles de las sustancias existentes. El agua para el curado deber tener las mismas características que el utilizado en la preparación. Por ejemplo el CO2 libre que puede estar presente en aguas provenientes de deshielo disuelven el Ca(OH)2 y provoca erosión de la superficie.

El agua de lanzado llega a una válvula instalada en la boquilla a través de una línea de alta presión y debe estar conectado directamente a la alimentación principal. Esta presión debe ser la apropiada para el equipo.

LOS AGREGADOS:

Llamados también áridos y constituyen alrededor del 75% en volumen de una mezcla típica de concreto. Los utilizados en la preparación del Shotcrete se obtendrán por la selección y clasificación de materiales naturales o procedentes de machaqueo o por una mezcla de ambos. Los agregados para el Shotcrete, deberá cumplir con los requisitos de las especificaciones Standard ASTM C-33 u otras. Los agregados finos se consideran como tal a la arena de dimensiones reducidas y que pasan el tamiz 9.5mm (3/8”) agregado grueso al material retenido en el tamiz 4.75mm (N° 4) y puede ser grava, piedra chancada. En el cuadro adjunto se muestran los límites de las curvas granulométricas para mezclas finas y gruesas dentro de las que deben caer las arenas para emplearse en la elaboración del Shotcrete. Tamaño Estándar % que pasa mallas ASTM%

1/2” 3/8” N° 4 N° 8 N° 16 N° 50 N° 100 N° 200

81 - 100 65 - 80 48 - 64 34 - 54 20 - 36 7 - 18 3 - 12 0-5

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Pueden emplearse agregados que no cumplan con la granulometría citada siempre que en los ensayos previos se obtengan buenos resultados. Se debe tener en cuenta que las arenas más finas favorecen la retracción y las más gruesas incrementan el porcentaje de rebote. Estos agregados estarán compuestos de partículas limpias, duras, resistentes y de una calidad uniforme. Su forma será redondeada o cúbica y contendrá menos del 15% de partículas planas, delgadas o alargadas; se define como una partícula alargada aquella que tiene su máxima dimensión 4 veces mayor que la mínima. El polvo tiende a formar una película perjudicial en las partículas de los agregados, que afecta el proceso de fraguado del concreto. No es necesario que los agregados estén completamente secos, pero las rumas deberán estar situadas en un lugar en donde pueden drenar y no ser inundados por el agua. La arena o el agregado deberán mantenerse en su condición óptima, cubriendo con lonas, permitiendo en esta forma que el viento circule sobre el montón pero impidiendo que la lluvia la humedezca. El contenido máximo de humedad en la arena deberá estar comprendido entre 3% y el 6%. Si la arena es demasiada húmeda bloqueara la manguera y formará capas de mortero dentro de la Shotcretera, pero si la arena está demasiada seca, el cemento no se adherirá a los granos de arena al mezclarse, lo cual producirá una separación excesiva en la manguera y polvo excesivo en la zona de aplicación.

ADITIVOS:  Acelerantes.  Plastificantes: fluidificantes reductores de agua.  Superfluidificantes: para la producción de hormigón y mortero fluido o como reductor de agua.  Impermeabilizante: impermeabilizantes.

para

hormigones

y

morteros

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 Estabilizadores: para estabilizar hormigones y morteros hasta 40 horas.  Reductores de rebote.  Reductores de polvo. ACELERANTES: Son aquellos que aceleran el endurecimiento o desarrollo de la resistencia inicial del Shotcrete y en la vía húmeda modifican instantáneamente el cono para su colocación en el soporte. Además, su uso incrementa el espesor de las capas; existen 3 tipos de acelerantes: Silicatos. Líquido, dosificación del 5 al 8 % del peso del cemento o según indicación del fabricante; se ven influenciado por la humedad relativa del ambiente; están en desuso por la caída de resistencia finales (80-90%). Aluminatos. Polvo y líquido, dosificación del 1-6% del peso del cemento; son las más utilizados. Libre de álcalis. Polvo y líquido, dosificación del 1-6% del peso del cemento, nueva generación ecológica que modifica la tecnología de los morteros y hormigones proyectados al no tener influencia en las resistencia finales, sin contar con lo más importante, no quemar, ni contaminar.

PLASTIFICANTES (REDUCTORES DE AGUA):

Estos se utilizan con tres propósitos y principalmente en el proceso por vía húmeda: 

Para lograr una mayor resistencia al disminuir la relación agua/cemento.



Para facilitar la bombeabilidad durante los trabajos.

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

Para que el calor de hidratación disminuya y por lo tanto aumento en la resistencia en edades tempranas y distribución uniforme del cemento en el concreto.

RETARDADORES: Su uso es muy limitado y en zonas de climas calurosos su empleo puede evitar la presencia de juntas frías en capas sucesivas, obteniéndose así propiedades impermeables. Generalmente ocurre un retraso en el endurecimiento. SUPERFLUIDIFICANTES: Estos son más recientes y efectivos de ingredientes reductores de agua de alto rango. También existen los de retardador de fraguado de alto alcance. Los niveles de dosis generalmente son más altos que los reductores o retardadores convencionales. INCORPORADORES DE AIRE: Su uso es imprescindible en concretos expuestos a ciclos de hielo y deshielo. Estos facilitan la incorporación y fraccionamiento del aire incorporado durante los procesos de mezcla y lanzado. Estabilizan la distancia

media

entre

las

burbujas

y

pueden

mejorar

la

bombeabilidad. Una muy significativa cantidad de aire incorporado en Shotcrete vía húmeda es perdida durante el bombeo, por lo que una incorporación de aire del orden del 10-12% del bombeo producirá de un 3-6% de aire incorporado en el concreto ya lanzado. INGREDIENTES PARA LA ADHERENCIA: Son emulsiones polímeras (látex) que mejoran la adherencia del concreto fresco con concreto endurecido. También disminuye la permeabilidad, incrementa el aire incorporado. Es muy costosa. ADICIONES: La microsílica al ser adicionado al cemento reaccionan con la cal libre del cemento que representa un 25% de la pasta y forma el silicato cálcico que es un compuesto estable con resistencias propias y que formará una pasta mucho más resistente a los esfuerzos

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físicos, además va ser más resistente a los ataques químicos y atmosféricos y en general puede ofrecer un grado de durabilidad mayor en los hormigones proyectados. FIBRAS: La adición de fibras a los morteros y hormigones mejora sus características notablemente. Aunque hay fibras de distintas naturalezas (nylon, fibras de vidrio, polipropileno, polietileno, acero, etc.). Los más divulgados, conocidos y de mejor rendimientos son las metálicas. Además, de la ventaja del acero de tener un módulo de elasticidad 10 veces superior al hormigón; están las cualidades de una buena adherencia de éstas a la mezcla, un alto alargamiento de rotura y una gran facilidad de mezclado. La presencia de fibras metálicas en los morteros y hormigones proyectados hace que mejoren sus propiedades mecánicas haciendo que disminuya su fragilidad y aumenta su ductilidad después de la fisuración; aumenta la resistencia a la rotura y la capacidad de absorción de energía; disminuye la tendencia a las roturas por retracción; aumenta la resistencia a la aparición y propagación de grietas; aumenta la resistencia a la tracción, al impacto y a la cizalladura; mejora el comportamiento a la flexo-tracción y aumenta la durabilidad. Al iniciarse la fisuración, las fibras metálicas ancladas a ambos lados de la fisura actúan de tirantes, resistiendo a la propagación y aumento de ésta. Así continúan hasta que se rompe a tracción o se deslizan al perder la adherencia. Las formas más frecuentes de las fibras son: o

Sección circular, rectas

o

Sección rectangular y ganchos en sus extremos

o

Sección redonda y dobles ganchos en sus extremos

o

Sección redonda y extremos aplastados

o

Sección rectangular y extremos ovalados y girados

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o

La utilización más común es de fibras de 30 o 40mm de longitud y 0.50mm de diámetro.

El uso de las fibras se justifica porque aumentan la resistencia a la tracción, impiden el desarrollo de las grietas y fisuras producidas por contracción plástica, remplazan a la mallas electro soldadas, disminuye el rebote, mejoran la dureza y resistencia al impacto. En el caso del uso de las fibras de acero el rendimiento depende de la dosificación (kg/m3) y de los parámetros de fibras (resistencia a la tensión, longitud, diámetro, anclaje). El factor clave para la calidad del hormigón con fibras es la relación entre la longitud y el diámetro de las fibras: cuanta más alta sea la relación l/d, mejor será el rendimiento. En el caso de fibras de acero Dramix, en el mercado existe diferentes longitudes (20, 25, 30, 35, 40, 50, 60mm) y en diferentes clases de l/d (45, 65,80). Para la mina se recomienda utilizar fibras de acero Dramix RL45/30BN que tiene una longitud de 30mm y 0.62mm de diámetro que da una relación de l/d = 48. Esta fibra tiene aproximadamente 13,000 fibras por kilogramo y la dosificación mínima deber ser 30kg/m3 (según la teoría de espaciamiento Mckee).

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CAPITULO III

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III. SOSTENIMIENTO

MEDIANTE

SHOTCRETE

L

a teoría del sostenimiento por Shotcrete se basa en que todo macizo rocoso tiene una tensión interna estable. Esta estabilidad se ve alterada cuando, por efecto de la

construcción del túnel, se efectúa una perforación en él. Si la roca está muy averiada por efectos de fallas, meteorización y/o el disparo, la fricción de las partes quebradas no será suficiente para detener el movimiento de los fragmentos, es decir, este punto de la excavación es ahora inestable y trata de desplazarse en dirección de la menor fuerza, o sea, hacia adentro del túnel. Investigaciones han demostrado que si las rocas quebradas alrededor del túnel están ligadas entre sí y se soportan unas a otras, la estabilidad se recupera, logrando que la roca se autosoporte.

La influencia del Shotcrete se puede dividir en dos categorías: 

Una capa delgada de Shotcrete que funciona como arco de hormigón y soporta el desmoronamiento de la roca.



Capas delgadas de Shotcrete ligan las rocas entre sí, evitando los movimientos de cierta intensidad.

Con esto se busca recuperar la estabilidad del macizo rocoso. Si la colocación se hace inmediatamente después de un disparo, antes que la roca pueda desplazarse, los problemas se reducen notablemente. Comportamiento de Shotcrete en bloques de roca

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APLICACIÓN EN CIA. VOLCAN UNIDAD SAN CRISTOBAL

L

a Unidad de San Cristóbal pertenece a la Compañía Minera Volcan S.A.A., fisiográficamente está ubicada en el flanco este de la Cordillera Occidental de los Andes del Centro del Perú, la cota varia de 4500 a 5200 m.s.n.m, la topografía es típica de las zonas de glaciares con valles en “U”, morrenas y valles juveniles. Está ubicada a 110 kilómetros al este de la ciudad de Lima, con una dirección N75°E. Políticamente pertenece al Distrito y Provincia de Yauli, Departamento de Junín. La temperatura promedio de la zona es 7.20 °C y la humedad relativa 70 %. Es una mina polimetálica, que produce concentrados de zinc, plomo, cobre, y plata, la producción diaria es de 5000 toneladas métricas húmedas, con una ley promedio de 5,0 onzas-Ag/Ton. La explotación se realiza mediante el método de corte y relleno ascendente, y taladros largos. El sostenimiento se realiza con pernos helicoidales, Split sets, hidrabolt, Shotcrete vía húmeda y seca y cimbras según la recomendación Geomecánica, de acuerdo a la tabla GSI. La unidad de san Cristóbal utiliza para el sostenimiento de labores permanentes y temporales Shotcrete vía húmeda el cual es proporcionado por planta Unicon y lanzado por la Empresa Robocon Servicios.

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CAPITULO IV

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IV. DESCRIPCION DE LA EMPRESA La empresa Robocon Servicios S.A.C., es una empresa líder en el sostenimiento mediante Shotcrete en labores mineras. Actualmente se encuentra brindando servicio a la Compañía Minera Volcan en las Unidades de Chungar, Ticlio, Andaychagua, y San Cristóbal. La Empresa cuenta dentro de su flota de equipos con 48 equipos.     

15 23 08 02 11

Robot Alpha 20. Huron 4 de 3m3. Tornados de 4 m3. Huron 5 de 5 m3. Camionetas 4x4.

De los cuales los equipos con lo que se cuenta en la Unidad San Cristóbal son los siguientes.    

03 04 05 03

Robots Alpha 20 Mixer de 3m3 Tornado de 4m3 Camionetas 4x4

Robot 30,31 y 32 Mixer 30, 31, 32 y 33 Tornado 34, 35, 36, 37 y 38 Mazda 01,02 y 03

La empresa Robocon Servicios, en la Unidad San Cristóbal, se encuentra ubicado en la zona de Huaripampa, actualmente cuenta con un capital humano de 75 trabajadores, entre supervisores, operadores, ingenieros, mecánicos, etc. Los cuales se encuentran especializados y capacitados en el sostenimiento mediante Shotcrete.

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CAPITULO V

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DISENO DE SHOTCRETE (1,0 M3): Descripcion Cemento Portland Tipo I Arena Dlevo Estabilizador Glenium TC 1300 Fibra Enduro

Cantidad 385 1760 1 4 4

Unidad Kg. Kg. Lt. Lt. Kg.

 La cantidad de agua para 1 m3 de Shotcrete es de 175 litros, esto se corrige mediante el factor de humedad de la arena.  La relación Agua Cementante A/C, es de 0,47  La resistencia a la compresión del Shotcrete a los 28 días es de 30 MPa.

RECOMENDACIÓN GEOMECANICA SEGÚN EL GSI

L

a recomendación Geomecánica se realiza mediante GSI (Geological Strength Índex-Índice de Esfuerzo Geológico).

El G.S.I. Es un sistema de clasificación Geomecánica practico para el uso en minería, La determinación del G.S.I., es el primer paso a seguir, definir en forma empírica la resistencia y deformabilidad de la masa rocosa, basándose en las condiciones estructurales (grado de fracturamiento) y de superficie (alteración, forma de fracturas y relleno). Las características o parámetros del GSI, más significativos en su comportamiento son las condiciones de fracturamiento, las condiciones de resistencia, tipo de labor (Temporal o permanente) y ancho de labor.

Las condiciones de fracturamiento se miden utilizando un flexómetro o una cinta métrica y se determina midiendo a lo largo de un metro, cuantas fracturas se presentan en la roca, para observarse mejor la pared rocosa de la labor debe estar limpia. Clasificación según su estructura: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Masiva Levemente fracturada. Moderadamente Fracturada Muy fracturada Intensamente fracturada Triturada o Brechada

(M) (LF) (F) (MF) (IF) (T)

1. Masiva (M)    

Roca sin discontinuidades. RQD entre 90 a 100%. Espaciamiento de fracturas > 3m. Menos de 2 fracturas por metro.

2. Levemente Fracturada (LF)  Dos sistemas de discontinuidades o menos, muy espaciadas entre sí.  RQD 75 a 90%.  Espaciamiento de fracturas entre 0.6 a 2m.  Nº de fracturas por metro 2 a 6.

3. Moderadamente Fracturada (MF)  Muy bien trabada, no disturbada, bloques cúbicos formadas por tres sistemas de discontinuidades ortogonales.  RQD 50 a 75%.  Espaciamiento de fracturas entre 0.2 a 0.6m.  De 6 a 12 fracturas por metro.

4. Muy Fracturada (F)  Moderadamente trabada, parcialmente disturbada, bloques angulosos, formado por cuatro a más sistemas de discontinuidades.  RQD 25 a 50%.  Espaciamiento de fracturas entre 0.06 a 0.2m.

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 De 12 a 20 fracturas por metro.

5. Intensamente Fracturada (IF)  Plegamiento y/o fallamiento con muchas discontinuidades interceptadas, formando fragmentos angulosos o irregulares.  RQD 0 a 25%.  Espaciamiento de fracturas 0.06 a 0m.  Más de 20 fracturas por metro.

6. Triturada o Brechada (T)  Ligeramente trabada, masa rocosa extremadamente rota con una mezcla de fragmentos fácilmente disgregables, angulosos y redondeados.  RQD cero.

Clasificación según sus condiciones superficiales (Resistencia): Las condiciones de resistencia consideran dos aspectos, la resistencia a romperse o indentarse con la picota y las condiciones de las paredes de las fracturas (abertura, rugosidad y relleno):

1. 2. 3. 4. 5.

Muy buena Buena Regular Pobre Muy pobre

(MB) (B) (R) (P) (MP)

1. Muy Buena (MB)       

Muy Resistente, Fresca, extremadamente dura. Discontinuidades muy rugosas. Fracturas sin relleno. Planos inalterados. Las paredes están cerradas. Persistencia 5mm.  Discontinuidad abierta 0.01 a 1mm.  Persistencia 3 a 10m  Se rompe con 1 a 2 golpes de la picota.

4. Pobre (P)       

Blanda Muy alterada Discontinuidades lisas. Relleno blando 5mm. Discontinuidad abierta 1 a 5mm Persistencia 10 a 20m. Se indenta superficialmente con la picota.

5. Muy Pobre (MP)        

Muy blanda. Extremadamente alterada. Superficie pulida. Falla o relleno blando >5mm. Roca descompuesta. Abertura de discontinuidad >5mm. Persistencia > 20m. Se indenta más de 5mm con la picota

Su aplicación permite obtener una clasificación geológica muy simple como por ejemplo: fracturada, regular (F/R) o muy fracturada, muy pobre (MF / MP) y mediante la tabla de Ábacos de GSI obtener a continuación, una evaluación que se relaciona con estas características geológicas y que corresponde al promedio entre los límites de las líneas de Abaco que cruzan el cuadro relacionado a esa descripción, por ejemplo a una descripción MF/MP, el valor del Índice GSI Sería equivalente ((25 + 35) / 2) = 30 ó para un F/R, el valor del Índice GSI. Sería ((55 + 65) /2) = 60.

44

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METODOLOGÍA DE APLICACIÓN 1.- La tabla general de sostenimiento según la clasificación G.S.I., consta de dos grandes parámetros (estructura y condiciones superficiales) cada uno de cinco dominios características que determinan la clase de roca observada y a su vez el tipo de sostenimiento que debe aplicarse, el cual se describe en el recuadro superior. Los dominios de estructuras son LF, F, MF, IF y T, los dominios de condiciones superficiales son MB, B, R, P y MP. 2.- En la mina no se ha observado rocas muy resistentes mayores de 80 MPa. (Roca dura), salvo en algunos tramos localizados que requieren de tratamiento especial. No se observa roca levemente fracturada por lo que la tabla de aplicación del GSI para San Cristóbal sólo requerirá de cuatro dominios por estructura (F, MF, IF Y T) y cuatros por condiciones superficiales (B, R, P y MP). Por lo tanto se han identificado 13 tipos de macizos rocosos según el G.S.I. Asociado a seis tipos de soporte. 3.- Para definir los dominios del parámetro de estructuras se debe realizar varias mediciones con la wincha (flexómetro) en el frente o paredes de la labor y determinar el promedio de fracturas por metro que se presentan; por ejemplo, si se tiene entre 12 y 20 fracturas la clasificación es (MF) o muy fracturada. 4.- Para definir los dominios del parámetro de condiciones se trata primeramente de romper, identar o disgregar la roca con la picota, luego se observa la presencia de oxidación, arcillas u óxidos en las fracturas y su forma (rugosa- ondulada; plana – lisa; rugosa; o plana pulida con estriaciones), por ejemplo, si la roca anterior, se indenta con la picota y se tiene superficie lisa con óxidos su dominio es (P) Pobre. 5.- Una vez obtenidos los dominios de estructuras y condiciones se ubica en el cuadro su clasificación definitiva, y con qué tipo de soporte debe estar asociada; por ejemplo, la roca anterior sería una MF/R y según su clasificación le corresponde un soporte tipo B consistente en pernos sistemáticos espaciados cada 1.5 m. Con capa de shotcrete sin malla o fibra de refuerzo, si la adherencia del shotcrete sobre la roca no es buena, sólo se colocará pernos a menor espaciamiento.

6.- En presencia de agua, se debe de ejecutar drenes sistemáticos y colocar tubos para concentrar los flujos de agua a través de ellos, cuando se coloca el shotcrete, se deberá cubrir antes estos tubos para evitar que se obstruyan con el shotcrete. La profundidad de los drenes variará de 0.5 a 1.0m, y su distribución de 2 o 3 drenes cada 3.9 m. 7.- En roca que sólo requiere pernos ocasionales para evitar caída de bloques, estos deben de colocarse por lo máximo con un retraso de dos días, al igual que en los tramos que requieran el empernado sistemático con o sin malla (soporte B y C), de lo contrario se iniciará el aflojamiento del macizo rocoso en estas labores y la posibilidad de accidentes si son sostenidos posteriormente, aún con un buen desatado. 8.- Los soportes tipo D y D1 deben colocarse antes de las 24 horas, salvo desprendimiento inmediato debe colocarse en forma inmediata, conforme se avanza, en los tipos D1 y E el shotcrete debe ser inicial como pre refuerzo inclusive antes de realizar la limpieza, previamente se debe desatar el techo, y luego las cimbras antes de las 24 horas. Si se presentan estallidos de roca o convergencias significativas inmediatas los avances deben ser máximo de 1.5m. y el soporte colocado de inmediato. 9.- Se debe de cumplir las especificaciones técnicas para la correcta aplicación de los elementos de sostenimiento como pernos (Hydrabolt, Split Set, helicoidal con resina-cementado) y el shotcrete (limpieza de sección, mezcla, densidad de fibra, colocación de malla, espesor, experiencia de shotcretero, etc.) Y ser estrictos en su control, ya que de nada sirve el definir el tipo de sostenimiento correctamente si se coloca el soporte defectuosamente. 10.- Existen en la mina condiciones de roca que requieren de pernos, por la presencia de fracturas o estratos sub-horizontales o fracturas sub-verticales y sub-paralelas a las labores, las primeras crean condiciones inestables en el techo y las segundas en las paredes. 11.- En las labores mineras de 3.0 x 3.5 m, el soporte B solo requerirá de pernos sistemáticos (1.5 x 1.5), el soporte C, pernos sistemáticos (1.0 x 1.0) y malla electro-soldada o una primera capa de shotcrete de 1”; el soporte D requiere de shotcrete estructural entre 2” a 4” más pernos sistemáticos (1.0 x 1.0); en el soporte E requiere cimbras metálicas o cuadros de madera previa capa de shotcrete.

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Desprendimiento de Rocas A) Grado de Fracturamiento:  Si la roca esta masiva, menos de una fractura / metro, el porcentaje de ocurrencia de desprendimiento será 0%.  Si la roca esta levemente fracturada de una a dos fracturas / metro, el porcentaje de ocurrencia de caídas de rocas será 0% a 20%.  Si la roca esta moderadamente fracturada de dos a seis fracturas / metro, el porcentaje de ocurrencia de desprendimiento será entre 20% a 40%.  Si la roca está muy fracturada de seis a doce fracturas /metro, el porcentaje de ocurrencia de desprendimiento será entre 40% a 70%.  Si la roca esta intensamente fracturada de doce a veinte fracturas / metro, el porcentaje de ocurrencia de caída de rocas estará entre 70% a 100%.  Si la roca esta triturada, el porcentaje de ocurrencia de caídas será de 100%.

B) Grado de Resistencia:  Si la roca solo se astilla cuando se golpea con una picota muchas veces, el porcentaje de ocurrencia de caída de rocas será de 0% a 20%.  Si la roca se rompe con más de tres golpes de picota, el porcentaje de ocurrencia de desprendimiento será de 20% a 40%.  Si la roca se rompe con uno a tres golpes de picota, el porcentaje de ocurrencia de desprendimiento será de 40% a 60%.  Si la roca se indenta superficialmente con la punta de la picota, el porcentaje de ocurrencia de caída será de 60% a 80%.  Si la roca se indenta profundamente con la punta de la picota, el porcentaje de ocurrencia de caída será de 80% a 100%.

C) Grado de planos de fracturas:  Si la roca tiene fracturas cerradas y rugosas, el porcentaje de ocurrencia de caídas será de 0% a 20%.

 Si la roca tiene fracturas levemente abiertas y rugosas con oxidación, el porcentaje de desprendimientos será de 20% a 40%.  Si la roca tiene fracturas abiertas, lisas y con oxidación el porcentaje de ocurrencia de caídas será de 40% a 60%.  Si la roca tiene fracturas abiertas, con superficie lisa y rellenas con panizo, el porcentaje de ocurrencia de caídas será de 60% a 80%  Si la roca tiene fracturas muy abiertas, con superficie estriada y rellenas con panizo, el porcentaje de ocurrencia de desprendimiento será de 80% a 100%.

Influencia de Agua Subterránea  El agua en las rocas masivas o levemente fracturadas, no tiene influencia significativa.  En roca fracturada o estratificada, la influencia del agua es en las fisuras y es un aspecto importante a considerar. Cuando en las fisuras hay presencia de agua, esta ejerce presión y actúa como lubricante, además puede lavar el relleno débil de las fracturas, complicando la situación de la excavación.  En las rocas severamente fracturadas, la presencia del agua origina que tiendan a aflojarse con más facilidad. En ambientes de altos esfuerzos el aflojamiento de la roca será más rápido.  La observación de cambios en la humedad en el techo y paredes de la excavación ayuda en el reconocimiento de posibles fallas de la roca, como resultado de las variaciones de los esfuerzos. Si el agua empieza a filtrarse a través de la roca dentro de un área que es normalmente seca, esto es un signo de que la roca está pasando por cambios de esfuerzos, estos cambios harán que las fracturas se abran o se extiendan, empezando a manifestarse la humedad.  Similarmente, si un área normalmente con presencia de agua empieza a secarse, esto también deberá tomarse como una indicación de que la roca está ganando esfuerzos.  La presencia del agua en las fallas geológicas y zonas de corte influyen significativamente en la estabilidad del macizo rocoso de una excavación. La presencia del agua en la roca meteorizada y débil por estos rasgos geológicos, puede acelerar el aflojamiento y puede actuar como lubricante para producir deslizamientos. En ambientes de altos esfuerzos la situación de la estabilidad de la masa rocosa se complica.  Finalmente, en las rocas expansivas el agua es el detonador del hinchamiento de las mismas, con la consecuente generación de altas presiones y deformaciones que pueden llevarla a la falla o dañar los sistemas de sostenimiento.

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 Agua asociada al relleno hidráulico, causa los efectos que se han considerado en los párrafos anteriores debido al agua infiltrada, por lo tanto, si no se controla adecuadamente este relleno, podría debilitar las cajas, si se presentara este caso, es recomendable el relleno en pasta.

Correcciones por factores influyentes: La presencia de agua, orientaciones desfavorables de las discontinuidades, ocurrencia de esfuerzos (encampane mayor a 800m, labores cercanas o presencia y cercanía a fallas) y demoras en la colocación de soporte que afecten a un determinado tipo de roca en una labor, originara que el soporte asignado para su condición al momento de excavación requiera ser reforzado, para lo cual deberá colocar el siguiente soporte, tanto en elementos de soporte como en tiempo de colocación, debiendo considerarse una sola corrección.

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FORMULA PARA LA CUBICACION EN LA LABOR

E

l cálculo de la cantidad de shotcrete que se requiere para una determinada labor, ya sea una labor de explotación, preparación o desarrollo se determina de la siguiente

manera.

Volumen en m3 = ((2H+A)*0,86*L)/12,86 Datos: H

:

Altura Promedio en mts.

A

:

Ancho Promedio en mts.

L

:

Longitud Promedio en mts.

F1- 0,86 :

Factor para el cálculo de perímetro.

F2- 12,86:

Factor para el cálculo de volumen por metro

cuadrado de la labor.

Los factores F1 y F2, que se tienen para el cálculo son los siguientes: 1. Para un espesor de dos pulgadas con una rugosidad del 20%, rebote del 08% y un factor de seguridad del 20% se tiene F1: 12,86 m2/m3

FACTORES Volumen Espesor Rugosidad Rebote F. Seguridad Factor para 2"

2" 20% 08% 20%

DATOS

MEDIDAS

1,00 0,050 1,20 1,08 1,20

m3 m -

12,86

m2/m3

2. Para un espesor de tres pulgadas con una rugosidad del 13,4%, rebote del 08% y un factor de seguridad del 20% se tiene F1: 9,07 m2/m3

FACTORES Volumen Espesor Rugosidad Rebote F. Seguridad

3" 13% 08% 20%

Factor para 3"

DATOS

MEDIDAS

1,00 0,075 1,13 1,08 1,20

m3 m -

9,07

m2/m3

3. Para un espesor de cuatro pulgadas con una rugosidad del 20%, rebote del 08% y un factor de seguridad del 12% se tiene F1: 6,89 m2/m3

FACTORES Volumen Espesor Rugosidad Rebote F. Seguridad

4" 20% 08% 12%

Factor para 4"

DATOS 1,00 0,100 1,20 1,08 1,12

MEDIDAS m3 m -

6,89

m2/m3

FACTOR DE RUGOSIDAD: Este factor resulta de los ondulamientos, aspereza y grietas que tiene el macizo rocoso. Para la obtención del factor de Rugosidad se sigue los siguientes procedimientos: Manual Insitu: Procedimientos.a. Mediante la utilización de un Distanciomentro - Flexometro se calcula la distancia recta del macizo rocoso

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b. Se coloca en el contorno del macizo rocoso un cordel de nilón, el cual se contornea por toda la superficie teniendo así la medida real. c. Las dos medidas se comparan y se obtiene el porcentaje de Rugosidad.

Utilización de Estación Total- Autocad: Procedimientos.a. Mediante la utilización de una estación total Modelo Topcon se procede a la medición cada 20 cm. De la superficie del macizo rocoso. b. Todos estos puntos y distancias se descarga al programa Autocad, se utiliza el comando (LI) y (Aligned), para hallar la medida real de la superficie. c. Las dos medidas se comparan y se obtiene el porcentaje de Rugosidad.

FACTOR DE ESPESOR: Este factor viene a ser el espesor dado en pulgadas del shotcrete proyectado en el terreno. Esto varía según el tipo de Roca teniéndose espesores de 2”, 3” y 4”.

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Para 2”= 0,05 mts, para 3”=0,075 mts y para 4”= 0,1mts. FACTOR DE 0,86 (Para hallado el perímetro). La Cia. Volcan obtuvo el factor de 0,86 con los siguientes datos: Sección: TIPO BOVEDA (en esta sección la corona de la labor se iguala a una circunferencia).

Calculo de Factor: Datos para hallar el perímetro de la labor: Altura Promedio H

:

4,29mts.

Ancho Promedio A

:

4,62mts.

Formula: Perímetro de la labor: H-(A/2)+π(A/2)+H-(A/2). 2H-A+π(A/2)………………… …………………..(1)

Perímetro de la sección cuadrada: H+H+A 2H+A………………………………………………(2)

Factor: 2H+A……………………....100% 2H-A+ π (A/2)…………..X% X= (2H-A+ π (A/2))/ (2H+A) Reemplazando valores: X= (((2*4,29)-4,62) + (π*(4,62/2)))/ ((2*4,29)+4,62)

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X= 0,85

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La Cía. Volcan asume el dato de 0,86. FACTOR DE REBOTE: Está dado por la cantidad de shotcrete que queda en el piso (resto) expresado en porcentaje. Esto se calcula mediante tres métodos los cuales se realizaran posteriormente para tener un porcentaje real. Actualmente Robocon Servicios S.A.C trabaja con un rebote del 08%. En el rebote influyen muchos factores (Pericia del Operador, Condiciones de la labor, Macizo Rocoso, Presión de Aire, etc.) En la unidad San Cristóbal se tiene baja presión de aire el cual influye directamente en el rebote. Y esto hace que el rebote sea mayor. Factor de Rebote: 0,8% FACTOR DE SEGURIDAD (SOBRE-ESPESOR): Cía. Volcan exige tener un espesor mínimo de 2” para controlar las fuerzas tensionales y compresionales a la cual está sujeta la roca. Por los siguientes requerimientos. Requerimientos mecánicos: Debe

poseer

resistencia

a

temprana

edad,

suficiente

para

contrarrestar las tensiones o relajaciones particularmente en el último tramo excavado. Obtener resistencias suficientes para equilibrar los esfuerzos de corte o cizalla y flexo-tracción, para de esa manera soportar eficazmente a las solicitaciones del “empuje de roca”. Requerimientos físicos: Protección contra la meteorización, la erosión o deterioro de la superficie rocosa del macizo rocoso atravesado.

Impedir el ingreso del aire y humedad en las aberturas de la roca. Impedir que la variación de temperatura circundante a la excavación adquiera alto rango. Requerimientos hidráulicos: Sellado de las aguas de infiltración a la labor. Disminuir la rugosidad en las paredes de la labor, para mantener y controlar un régimen de pérdida de carga, cuando la excavación tiene por finalidad conducir agua. Requerimientos químicos: Protección de la roca a la acción de aguas agresivas, humos, gases. Impedir

que

la

roca

circundante

a

la

excavación

sufra

desestabilización por efectos de las aguas ácidas.

Simulación en 2D de las cargas tensionales y compresionales. Y la resistencia a la compresión a los 28 días del shotcrete con las dosificaciones actuales, proveídas por Unicon es superior 30 MPa. (300Kg/cm2) y la resistencia a la tracción varía entre 20-30 Kg/cm2. Y para lograr tener como mínimo un espesor de 2” en las partes más pronunciadas de la labor se tiene el factor de Seguridad del 20%. Factor de Seguridad =20%

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FACTOR DE RENDIMIENTO 12,86 Quiere decir que 1 m3 debe rendir a un espesor de 2”, 12,86 m2 dentro de la labor (Sección). Este factor se halla de la siguiente manera: FACTORES Volumen Espesor Rugosidad Rebote F. Seguridad Factor para 2"

DATOS 1,00 2" 0,050 20% 1,20 08% 1,08 20% 1,20 12,86

MEDIDAS m3 m m2/m3

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CAPITULO VI

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ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS EQUIPOS TORNADO PERFIL

MIXER

Fig. 1 Tipo y número de serie del chasis

DE

BAJO

60 CHASIS  Estructura tubular, especialmente diseñado para trabajo pesado. MOTOR DIESEL  Deutz BF4M1013C, 146 HP, cuatro cilindros, refrigerado por agua,  Turbo-intercooler.  Depósito de combustible: 270 Lt.

TRANSMISIÓN  Hidrostática de regulación automática. Bomba de pistones Rexroth de caudal variable acoplada directamente al motor diesel. Motor hidráulico de pistones con desplazamiento variable, montado directamente al diferencial de cada eje. EJES DIFERENCIALES  Ejes planetarios con reducción en cubos, frenos de servicio húmedos, freno de estacionamiento interno.  Capacidad dinámica por eje de 9.000 Kg.  Eje delantero oscilante y direccional. Eje trasero rígido y direccional. Tracción y dirección en las cuatro ruedas. DIRECCIÓN  Hidroasistida sobre el eje delantero y trasero. FRENOS  De discos interiores en baño de aceite, sobre la cuatro ruedas, de accionamiento hidráulico con dos circuitos independientes. Frenos de estacionamiento incorporados en ambos ejes de accionamiento hidráulico. CABINA  Ergonómicamente diseñada, con controles de mando completos. CIRCUITOS HIDRÁULICOS Tres circuitos diferentes con un único deposito: - TRASLACIÓN:

- ROTACIÓN CUBA: - SERVICIOS:

Transmisión hidrostática sistema DA, velocidad auto regulable en función de la presión. Transmisión hidrostática, regulación electrónica de la velocidad de rotación. Bombas de engranajes para frenos y bomba de agua. Depósito de aceite para equipo hidráulico: 270 Lt.

CUBA MEZCLADORA  Capacidad máxima de masa de hormigón: 4m3.  Rotación hidráulica de la cuba en ambos sentidos, para cargaamasado y vertido, con motor hidráulico Rexroth accionado por bomba Rexroth de caudal variable, con regulación electrónica de las rpm. SISTEMA DE AGUA  Depósito de agua: 200 Lt.  Bomba de agua accionada por motor hidráulico.  Manguera para lavado. VELOCIDAD  Autorregulable en base a carga y pendiente de trabajo, máxima 19 Km./hr. PENDIENTE MÁXIMA  Para utilización a plena carga: 30 %.(norma SAE). EQUIPO ELÉCTRICO  2 Baterías 12 Vdc 75 A. PESO Y DIMENSIONES  En vacío: 8 Ton.  Ancho 2.22 mt. – Largo 7.06 mt. – Alto 2,54 mt.

Fig. 2 Plano de dimensiones generales

RADIO DE GIRO  Interior: 3.6mt. - Exterior: 6.8 mt.

61

62

Fig. 3 Plano de giro del tornado

ESTRUCTURA PRINCIPAL  El equipo está construido a partir de una estructura tubular rígida, especialmente diseñado para el trabajo pesado, la cual cuenta con un sistema oscilante sobre el cual se encuentra montado el eje diferencial delantero de la máquina. Ambas estructuras se encuentran unidas a través de un pasador.

Fig. 4 Vista inferior del equipo  La oscilación del eje delantero permite que el vehículo pueda oscilar alrededor de su eje longitudinal +/- 7°.  Esta disposición hace que la máquina mantenga su fuerza de tracción en las cuatro ruedas, incluso en superficies desniveladas.

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Fig. 5 Estructura del monturin

HURON DE 4M3

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1- Chasis, carrocería y depósitos. 2- Capó. 3- Puesto de conducción. 4- Equipo de amasado (Cuba). 5- Equipo de descarga (Tolva). 6- Triángulo de la canaleta. 7- Cilindro canaleta. 8- Canaleta fija. 9- Prolongación canaleta.

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BASTIDOR  Monoblock, de estructura tubular, especialmente diseñado para trabajo duro. MOTOR  Ecológico. Deutz. Diesel, 4 cilindros, refrigerado por agua. Potencia máxima 150 CV (109 kw) a 2.300 r.p.m. TRANSMISION  Hidrostática de regulación automática. Bomba de pistones de caudal variable acoplada directamente al motor diesel. Motor hidráulico de pistones, montado sobre la carcasa de la reductora. REDUCTORA  Para dos velocidades en avance y retroceso. EJES DIFERENCIALES  Monolíticos, con reducción epicicloidal. Capacidad dinámica por eje de 8.000 kg.  Ejes delantero, oscilante y direccional. Eje trasero, rígido y fijo.  Tracción sobre las cuatro ruedas. DIRECCION  Hidroasistida sobre el eje delantero. FRENOS  De discos interiores en baño de aceite, sobre las cuatro ruedas, de accionamiento hidráulico con dos circuitos independientes. Freno de estacionamiento sobre la transmisión, de accionamiento mecánico manual. PUESTO DE CONDUCCION  Giratorio en 180º, para conducción en ambos sentidos de marcha. CIRCUITOS HIDRAULICOS  Tres circuitos diferentes con un único depósito:

- TRASLACION: - ROTACION BOMBO: - SERVICIOS:

Transmisión hidrostática sistema DA con intercambiador de calor. Transmisión hidrostática, regulación manual de las r.p.m. Bomba de engranajes.

EQUIPO DE HORMIGONERA    

Capacidad máxima de masa de hormigón............................ 4 m3 Altura de descarga directa..:................................................. 1,465 m Altura de descarga bajo canaleta..:....................................... 1,115 m Rotación hidráulica de la cuba en ambos sentidos para cargaamasado y vertido por motor hidráulico accionado por bomba de caudal variable, con regulación eléctrica de las r.p.m.

INSTALACION DE AGUA    

Bomba de agua accionada por motor hidráulico. Manguera de aspiración con alcachofa- filtro. Bomba de alta presión lavado. Cuentalitros.

CANALETA DE VERTIDO  Orientable manual y de accionamiento hidráulico para graduar la inclinación de vertido a distancia.  El soporte de canaletas es fácilmente desmontable, para poder descargar la cuba directamente y a máxima altura.  Una canaleta móvil para prolongación de vertido. VELOCIDAD: RADIO DE GIRO:

De trabajo de 0 a 8 km/h. De desplazamiento de 0 a 20 km/h. Interior: 4.100 mm. Exterior: 7.600 mm.

PENDIENTE MAX.:

Para utilización a plena carga: 30% (Norma SAE).

EQUIPO ELECTRICO:

Batería de 12 V, 180 Ah, 650 A.

CAPACIDADES:

Depósito de agua…............................ 420 L. Depósito de aceite para equipo hidráulico..... …………………………………………..200 L. Depósito de gasoil............................. 110 L.

NEUMATICOS:

12,50 x 20 - 16 PLY

PESO:

En vacío 5,5 t.

Para conseguir un rápido conocimiento y practicidad del Hurón, se debe actuar como se indica a continuación: 1. Leerse detenidamente este Manual. 2. Familiarizarse con los mandos y panel de instrumentos hasta conocer perfectamente cuál es la función de cada elemento. Igual con la instalación de agua. 3. Accionar la instalación de agua, con agua, en todas sus posiciones. 4. Funcionar con la máquina en vacío, accionado los mandos con las secuencias de trabajo y prestando atención a los dispositivos de seguridad en operación con que la máquina va equipada.

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5. Practicar el llenado y vaciado de la cuba pero sólo con árido. 6. Definir exactamente la dosificación volumétrica del hormigón a producir. Para los primeros tanteos utilizar los datos que se dan a continuación. CARGA DE LA CUBA La secuencia de carga de la cuba con los distintos componentes del hormigón debe ser la siguiente, siempre con la cuba rotando: 1. Una palada de arena. 2. Toda la dosis de agua requerida para el tipo de hormigón que se esté amasando. 3. Toda la dosis de cemento. 4. Toda la arena. 5. Toda la grava o gravilla. El objeto de verter una primera palada de arena, es para que actúe como limpiante de los restos de amasada anterior que puedan irse endureciendo entre las fases de vertido y nueva carga. En la fase de carga el número de revoluciones de la cuba debe ser alto con objeto de que los materiales sean absorbidos con rapidez. AMASADO La operación de amasado queda prácticamente realizada al finalizar la carga total de la cuba. TRASLADO Lógicamente, durante el traslado la cuba debe ir rotando para evitar la disgregación de la masa así como los peligros de desecación y fraguado. La práctica, la longitud de recorrido, la temperatura ambiente y el tipo de hormigón a producir son las condiciones que determinan las revoluciones a dar a la cuba así como el añadido o no de una ligera cantidad de agua antes de proceder al vertido. No abusar de la velocidad de desplazamiento de la máquina por caminos de obra cuando va con la cuba cargada y rotando, ni cuando vaya vacía. Ajustar la velocidad a las condiciones del terreno y obra. VERTIDO El vertido se realiza por inversión de la rotación de la cuba y al ser regulable en número de revoluciones, la descarga de la masa se puede controlar a voluntad. La canaleta al ser también regulable en altura desde la cabina, permite ajustar el punto de caída. En el vertido y colocación de las masas, incluso cuando estas operaciones se realicen de un modo continuo mediante canaletas apropiadas, se adoptaran las debidas precauciones para evitar la disgregación de la mezcla en caída libre y que debe ser a pequeñas alturas. REGRESO A CARGA Terminado el vertido y antes de iniciar el regreso para comenzar un nuevo ciclo, es necesario meter en la cuba una pequeña cantidad de agua procedente de los depósitos de la máquina y realizar el traslado con aquélla girando. Esto tiene por objeto el limpiar y evitar que se endurezcan las adherencias que puedan quedar dentro de la cuba.

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PRECAUCIONES 1. No usar más de una canaleta de prolongación. En caso imprescindible, apuntalar a partir de la segunda para que no gravite más peso del adecuado sobre el triángulo de sujeción de la fija. 2. Tener en cuenta las condiciones de estabilidad que se indican a continuación. ESTABILIDAD LONGITUDINAL  Pendiente de deslizamiento a plena carga, a partir del................55%  Pendiente superable a plena carga…..........................................40%  Pendiente superable a plena carga en régimen de seguridad (Norma SAE..................................................................................30% ESTABILIDAD TRANSVERSAL  Pendiente de deslizamiento a plena carga, a partir del………....50%  Pendiente admisible a plena carga, en régimen de seguridad (Norma SAE..................................................................................28%

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ROBOT ALPHA 20

CHASIS MODELO ALPHA 20 N° DE SERIE S205 UNIDAD DE POTENCIA MOTOR POTENCIA TRANSMISION HIDROSTATICA BOMBA HIDRAULICA BRAZO BOMBA HIDRAULICA BOMBEO

DEUTZ BF4M1013C 110 KW a 2300 RPM Rexroth-Sauer Sauer Commercial

BOMBA DE HORMIGON MARCA Y MODELO…………………………SEMMCO BS CILINDROS DE HORMIGON……………….Ø 152 Mm. – 760 mms carrera PRESION HIDRAULICA MAX………………200 Bar CAPACIDAD ACEITE HIDRAULICO.…….. 400 Litros CARACTERISTICAS…………………………Sistema doble, para desplazamientos positivos del tubo “S”.

circuito

hidráulico

Control de reversa instantáneo en los cilindros principales, desde control remoto. Ajuste completamente automático de la carrera de los cilindros principales. Sin válvulas para regular. Enfriador de aceite hidráulico CAUDAL NOMINAL……………………..20 mts./cúb. por hora CAUDAL NORMAL…………………….. 12 mts./cúb. por hora ALTURA VERTICAL……………………. 40 metros DISTANCIA HORIZONTAL………….…100 metros TAMAÑOS DE AGREGADO…………..12 mms. Máximo BRAZO ROBOTIZADO MARCA Y MODELO…………………….SEMMCO ALPHA 20 TIPO……………………………………….Brazo rotatorio con doble extensión ALCANCE VERTICAL…………………. 9 metros ALCANCE HORIZONTAL…………..…. 6 metros ANGULO DE ROTACIÓN……………... Rotación 250°

CARACTERISTICAS…………………… Inyección de aire y acelerante en el difusor. Funciones completamente proporcionales, operadas completamente desde control remoto, con posibilidad de regular velocidad de movimientos. CONTROL REMOTO TIPO

inalámbrico

JOYSTICKS

Hetronic

DIMENSIONES DEL EQUIPO LARGO……………………………………………..5.50 metros ANCHO……………………………………………. 2.20 metros ALTURA......................................................……..2.40 metros PESO………………………………………………..Completamente con combustible y acelerante, 7 ton.

cargado,

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CAPITULO VII

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PROCEDIMIENTOS ESCRITOS DE TRABAJO SEGURO:

SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE VIA HUMEDA – ROBOT ALPHA

SISTEMA DE GESTION INTEGRADO SSOMAC IPER 5

SAN CRISTOBAL

OBJETIVOS

ALCANCE RESPONSABLE

PETS - 059 MINA. En el ciclo de minado, el sostenimiento es una tarea de alto riesgo para ello es necesario normar el proceso del lanzado de shotcrete vía húmeda con el robot lanzador (Alpha 20), en labores como galería, crucero, sub niveles, rampas y en labores de explotación; eliminando las condiciones sub estándar y minimizando los riesgos. Para el personal que trabaja en interior mina como son en avances de galerías, cruceros, rampas y en explotación como son los sub niveles y tajos Jefe de Zona, Jefe de seguridad, supervisor, operadores de Robot, mixer y tornado       

Gaseamiento e intoxicación de gases Caída de rocas, shotcrete y personas Enfermedades ocupacionales ( efecto del polvo, gases y ruido) Lesión por rebote o proyección de partículas o concreto RIESGOS Golpe por fuga en las instalaciones de aire y agua. Atropellamiento de equipo a las personas Sostenimiento deficiente, por mala dosificación del acelerante, por exposición de la mezcla mayor a 2.00 hrs. en el mixer - tornado Protector (casco), botas de jebe con puntera de acero, guantes neopreno, EQUIPO DE PROTECCIÓN mameluco con cintas reflectivas, respirador contra polvo, tapón auditivo, correa PERSONAL (EPP) portalámpara, lentes de seguridad , barbiquejo, ropa de jebe ( zonas de gotera)  Robot lanzador de shotcrete (Alpha 20) EQUIPO /  Espátula HERRAMIENTAS  Comba  Barretilla de 10 y 8 pies

1. 2.

PROCEDIMIENTO

INSPECIONAR EL ROBOT ALPHA 20, con check list de equipo ABASTECIMIENTO DE ADITIVO MEYCO, dar cumplimiento el74 procedimiento de abastecimiento de aditivo a Robot Alpha 20 3. VERIFICACION DE VENTILACION EN LA LABOR; inspeccionar las mangas de ventilación o encender la ventiladora. 4. INSPECCION DE LA LABOR A SOSTENER; el operador estacionará el Robot Alpha 20 a una distancia adecuada segura y sostenida, verificara las condiciones con el check list de la labor, eliminara las condiciones sub estándar (roca suelta, shotcrete fracturado) 5. INGRESO DEL ROBOT ALPHA 20 A LA LABOR; el ayudante guiará al operador para estacionarse con el equipo en un lugar seguro frente al área a sostener, utilizando los dispositivos de seguridad. 6. SOPLETEADO Y/O LAVADO DEL AREA A SOSTENER se procederá según el tipo de roca con la finalidad de eliminar el polvo y fragmentos de rocas que pudiera limitar la adherencia del concreto con la roca. 7. LUBRICACION DE LA MANGUERA DE SHOTCRETE (Boa); se realiza mediante un mortero de cemento y agua, lanzándose al piso de la labor, al mismo tiempo se verifica la presión de aire (5 a 6 bar.) para el correcto lanzado. 8. INGRESO Y ESTACIONAMIENTO DEL MIXER – TORNADO; el operador del mixer ingresa con su equipo bajo la dirección del ayudante hasta posicionarse con la canaleta de descarga de concreto sobre la batea del robot. Previa verificación del tiempo de dosificación del shotcrete no debiendo sobrepasar las 2 horas, luego poner todo los dispositivos de seguridad. 9. TRASEGADO DEL MIXER HACIA LA BATEA; se procederá a descargar el shotcrete en la batea del robot asegurándose que no ingrese material de 2” el cual se tendrá que retirar manualmente al momento del trasegado. 10. INICIO DE LANZADO, una vez ubicado el operador en un lugar seguro, en todos sus ángulos posicionara la tobera de proyección perpendicular a la roca manteniendo la distancia entre 0,80 y 1,5 metros, con la finalidad de realizar un trabajo homogéneo y eficiente, el operador inicia el lanzado del concreto en avanzada, comenzando por los hastiales parte inferior y luego la corona. En caso de obstrucción de la tobera dar aviso de parada (claxon) cerrar el flujo de aire, ubicar el brazo del robot a una zona segurasostenida, para desatorar y/o solucionar cualquier problema durante el lanzado. 11. TERMINO DE LANZADO, se culmina con el lanzado dando el espesor requerido por Geomecánica, dejando una superficie homogénea y que la uniformidad del acabado sea la adecuada.

La tarea será suspendida cuando:  RESTRICCIONES

DOCUMENTACIÓ N ASOCIADA

Si la labor falta condiciones como desatado, ventilación deficiente, limpieza de los hastíales, presión de aire, no se procede a lanzar.  Si el concreto para ser lanzado presenta un tiempo de exposición mayor a 2 horas no se procede a lanzar.  Si algunos de los pasos del 1 al 11 no se cumple se paralizara el trabajo.  Retirar el equipo a una zona segura sostenida en caso de obstrucción de la manguera de shotcrete. Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería D.S. 055 -2010 EM  

ESTANDAR ESTANDAR

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TRANSPORTE DE CONCRETO PREMEZCLADO PARA SHOTCRETE

SISTEMA DE GESTION INTEGRADO - SSOMAC

IPER 8

PETS - 058

SAN CRISTOBAL

MINA.

OBJETIVOS

Establecer el procedimiento correcto para realizar la presente actividad a fin de evitar la ocurrencia de accidentes al personal y equipo

ALCANCE

Al personal que labora en interior mina y que realizan trabajos de sostenimiento con shotcrete vía húmeda.

RESPONSABLE

Jefe de Zona, Jefe de guardia, Jefe de Seguridad, Supervisor, Operador de Robot y Hurón de la EE.

 Caída de rocas  Gaseamiento e Intoxicación por Gases.  Choques y atropello por equipos.  Electrocución. RIESGOS  Enfermedades Ocupacionales (efecto del polvo, gases y ruidos)  Perdidas por derrame  Deterioro de Equipos. Protector (casco), Botas con puntera de acero, Guantes neoprene, Mameluco con EQUIPO DE cintas reflectivas, respirador contra polvo, tapón auditivo, correa porta lámpara, PROTECCIÓN lámpara, 2 lentes (transparentes y oscuros) , barbiquejo, ropa de jebe (zona de PERSONAL (EPP) gotera),

EQUIPO / HERRAMIENTAS

 

Mixer Huron 4 y Tornado. Espátula

1. Verificar la condición de Equipos: Con el check list de equipo verificar el estado del Huron – Tornado que se encuentre operativo. 2. Control de Calidad: Se solicita a los Operadores de Planta que hagan la Prueba del Slump y debe registrar un valor de 6” a 7.5”. 3. Llenado de concreto a la cuba: 

PROCEDIMIENTO

El mixer mezclador se estacionara en la rampa, extenderá su chute de descarga en su totalidad sobre la tolva de carga del Mixer - Tornado (bajo perfil) que ingresa a la zona de trasegado con la cuba adelante con giro de descargue asegurando que no tenga residuos.  El mixer mezclador procederá con el trasiego del shotcrete previo aviso al operador de Mixer- Tornado quien acelera el batido de la cuba en sentido de giro de mezclado, luego verifica su carga abastecida, lava la tolva de carguio de su equipo para transportar. 4. Traslado del equipo a labor: El operador retira los dispositivos de estacionamiento de seguridad, tocara el claxon 3 veces antes de dar marcha, deberá trasladarse a una velocidad de 10 Km/hr. Manejando a la defensiva, al llegar a la zona de lanzado se estacionará en un refugio colocando sus dispositivos de Seguridad. 5. Ingreso del Equipo y verificación de las condiciones de la labor: El operador inspeccionara el acceso, coordinará con el operador de Robot Alpha, ingresará con el equipo de retroceso con el chute levantado para luego colocarlo a unos 30º con la cuba girando en sentido de mezclado y el operador colocará las cuñas y los conos de seguridad. 6. Descarga de concreto en la batea del Robot: Posicionado el Mixer procede al trasegado, donde el operador del Mixer y el ayudante de robot en el chute de descarga controlan la granulometría para que no pase material mayor a 2”; concluida la descarga se procede el lavado de la cuba y del mixer. La tarea será suspendida cuando:  

RESTRICCIONES

DOCUMENTACIÓN ASOCIADA

Los equipos no se encuentren operativos al 100% Los equipos no cuentan con los documentos al día (emisión de gases, Rev. Técnica y lista de PRE Uso)  Los Equipos que no cuenten con sus Implementos de Seguridad (Tacos, llaves de rueda, botiquín)  Los operadores no tengan sus documentos al día (Fotocheck, Autorización de manejo)  La pendiente de la vía imposibilita la subida del equipo por falta de mantenimiento.  La calidad de la mezcla del shotcrete no es el adecuado para el sostenimiento. Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería D.S. 055 -2010 EM    

Sostenimiento con shotcrete vía húmeda Producción de concreto premezclado para shotcrete. Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional DS-055-2010 EM: Art. 88, Art.209, Art.214, Art.257. Reglamento interno de Transito de Volcan.

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CAPITULO VIII

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ENSAYOS A LA COMPRESION DEL SHOTCRETE

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ENSAYOS DE HUMEDAD

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ENSAYO DE GRANULOMETRIA

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PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO Y VERIFICACION DE RENDIMIENTO

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CAPITULO IX

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ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS COMPONENTES PARA EL DISENO DE SHOTCRETE

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