Monografia de Sostenimiento

 

Encabezado: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

SOSTENIMIENTO SERVICIOS AUXILIARES

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SOSTENIMIETNO EN MINERÍA PASIVO Y ACTIVO DIEGO ARMANDO FIERRO VILLAYZAN

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS- VII SEMESTRE

EL TAMBO –  HUANCAYO  HUANCAYO

2021 

 

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DEDICATORIA  A la memoria de mi querido tío  Jesús Villayzan quien fue ingeniero de minas, por su apoyo  y orientación para este camino del éxito.  A mi madre que día a día se esfuerza por apoyarme y motiva a seguir este camino de estudios.  A mis pocos amigos que siempre están al pendiente de mí y acompañan en los buenos y malos momentos.

 

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Agradecimiento A los ingenieros de la facultad de Ingeniera de Minas de la UNCP, por inculcarme además de valores, los conocimientos que usare en este trabajo y que serán importantes en mi futuro como un ingeniero como ellos, especialmente a los ingenieros Ciro Quispe y Félix Cárdenas como un gran apoyo con sus conocimientos esenciales en este curso de Servicios Auxiliares. A mis amigos de la facultad Manuel, Jhossep, Cristian, Sebastian, Alain y Johan, así como también a mis amigos de toda la vida Elias, Anthony y Sergio que siempre me apoyaron en los retos que da la vida y a no rendirme en este duro camino. A los colegas egresados de la FAIM por apoyarme desinteresadamente desinteresadamente como guías en estos cursos y experiencias que tuvieron para ser grandes profesionales, profesionales, especialmente a Franco que desde sus inicios siempre me inspiro para ser un gran profesional.

 

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Resumen La seguridad en minería en importante y más si es en minería subterránea, por tal motivo el sostenimiento es material esencial que se debe aplicar correctamente para poder hacer las labores tranquilamente. Poner un sostenimiento en las labores implica im plica que sea uno adecuado para tal ambiente ya que si no es el correcto puede derrumbarse todo o se hace un gasto innecesario por poner un sostenimiento más caro de lo l o que puede costar uno adecuado. El sostenimiento además que se divide en sostenimiento pasivo y sostenimiento activo, que se diferencian básicamente cuando cuando actúan y cómo actúan sobre la roca, hay diversas formas de aplicarlos y con el avance de la tecnología como se está dando se van perfeccionando, pero también se siguen usando los clásicos de antaño. Además, que se debe diferenciar dif erenciar algunos términos como refuerzo y soporte que van en relación a los tipos t ipos de sostenimiento que hay y  por qué es importante importante conocer eestas stas diferencias; las parte que com componen ponen cada sistema sistema de sostenimiento tienen características y datos que pueden variar y ayudan a escoger el correcto sostenimiento. Palabras clave: Sostenimiento, Soporte, Refuerzo, Seguridad, Labores, Derrumbe,

Resistencia.

 

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Abstract Safety in mining is important and more so if it is in underground mining, for this reason support is an essential material that must be applied correctly to be able to do the work quietly. Putting a support in the work implies that it is one suitable for such an environment since if it is not the correct one, everything can collapse or an unnecessary expense is made  by putting a support support more expens expensive ive than a suitable one can cost. cost. The support is also also divided into passive support and active support, which basically differ when they act and how they act on the rock, there are different ways of applying them and with the advancement of technology as it is taking t aking place they are being perfected, but they are also continued using the classics of yesteryear. In addition, some terms such as reinforcement and support must be differentiated, which are related to the types of support that exist and why it is i s important to know these differences; The parts that make up each support system have characteristics and data that may vary and help to choose the correct support. K eyw ywords: ords:  Sustainment, Support, Reinforcement, Safety, Work, Collapse, Resistance.

 

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Contenido Dedicatoria ……………………………………………………………………………2 

Agradecimiento..................... ........................................... ............................................ ............................................ ............................................. .......................3  Resumen.................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. .................................. ........... 4  Abstract ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................. .................................. ........... 5  INTRODUCCIÓN ......................................... ............................................................... ............................................. .......................................... ...................8  DEFINICIONES ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ......................................... ...................9  Soportar.................... ........................................... .............................................. ............................................. ............................................. .............................. ....... 9  Sostener.................... ........................................... .............................................. ............................................. ............................................. .............................. ....... 9  Estable...................... ............................................. .............................................. ............................................. ............................................. .............................. ....... 9  Reforzamiento...................... ............................................ ............................................. ............................................. ......................................... ...................9  TIPOS DE SOSTENIMIENTO ............................................... ...................................................................... ...................................... ............... 9  Sistemas de sostenimiento de rocas ............... ...................................... ............................................. ....................................... .................11  Sostenimiento activo de roca ................................. ....................................................... ............................................. ............................ ..... 11  Anclaje mecánico mediante pernos de roca ttensionados. ensionados. .................................... .................................... 13  Barras de anclaje inyectadas o de fricción. ...................... ............................................. .................................... ............. 14  Barras de anclaje no tensadas inyectadas con mortero. ........... .................................. ............................ ..... 15  Pernos de roca anclados por fricción “SWELLEX” .......................................... ..............................................16   Estabilizadores de roca por fricción “Split set” ................... .......................................... ................................ ......... 17 

Barras fijadas con resinas................ resinas...................................... ............................................ ............................................. ........................... 18  Cables con mortero. .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................ ...... 19 

 

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Sostenimiento pasivo de roca.................. roca........................................ ............................................ ........................................... .....................20  Mallas....................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ........................... 20  Grapas. ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ........................... 21  Shotcrete. ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ........................................... .....................22   Arcos metálicos.............................................. ................................................................... ............................................ ................................ ..........24   Cuadros de madera. ....... ............................. ............................................ ............................................ ........................................... ..................... 25  Cuadro recto.................................... ......................................................... ............................................ ............................................. ........................... 29  Cuadro cónico. ..................... ........................................... ............................................ ............................................ .................................... .............. 30  Cuadro cojo............................................................... .................................................................................... ........................................... .....................31  Conclusiones .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. ........................... 32  Referencias................... .......................................... .............................................. ............................................. ............................................. ............................ ..... 33 

 

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INTRODUCCIÓN El cálculo y diseño de los l os sostenimientos en la explotación subterránea en minería  presenta importantes importantes dificultades ya que intervienen ddiversos iversos factores a tomar en cuen cuenta, ta, pero debe ser hecho precisamente para evitar daños o accidentes. En otras obras que pueden ser de arquitectura u obras civiles, en el ámbito minero uno no controla el material que se está trabajando, solo se conoce y se debe adaptar a esto por lo que los conocimientos son esenciales y se trabajan con rangos ya que no se conoce exactamente el material trabajado, se toman en cuenta los peores de los casos y se trabaja con las cargas más altas además de que existen las fallas y discontinuidades en las rocas. Se entiende como sostenimiento el conjunto de elementos estructurales que se colocan durante la excavación de una obra subterránea y que tiene ti ene como objetivo contribuir al equilibrio del entorno cercano a la cavidad. Junto con la excavación, a la que va estrechamente ligado, el sostenimiento forma la columna de una obra subterránea que en este caso es labores mineras, y de ambos dependen de manera sobresaliente la seguridad y la economía. Es importante señalar que el sostenimiento puede estar íntimamente relacionado con el acabado final, ya que, en ocasiones se le concibe como parte del revestimiento definitivo y en esta monografía se explicara los sostenimientos más comunes que se usan en minería subterránea, además de explicar sus partes.

 

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DEFINICIONES Soportar Recibir, cargar, entibar, apuntalar, ademar, etc., el terreno, roca o suelo que circunda una excavación subterránea.

Sostener  No colapsarse, colapsarse, no caer, pe permanecer rmanecer en ssuu sitio; en referenc referencia ia también a la roca o suelo que circunda la excavación.

Estable Se aplica al terreno en torno al túnel cuando éste ya no se deforma, ni se agrieta ni mucho menos se colapsa, o cuando sus velocidades de deformación son despreciables.  propiciar que se establezca eell equilibrio, usualmente m mediante ediante accio acciones nes de consolidación consolidación y drenaje.

Reforzamiento Acción y efecto de reforzar; es la acción de introducir elementos estructurales en el terreno, tales que, trabajando en interacción con él, le proporcionen una mayor rigidez y capacidad de carga.

TIPOS DE SOSTENIMIENTO Durante la construcción de una labor minera, el terreno en el entorno de la excavación requiere ser estable o alcanzar su estabilidad en un u n tiempo razonable, es decir, que no ocurran ni desplazamientos ni deformaciones mayores; tampoco roturas, fracturas, caídos o demás manifestacioness que indiquen inseguridad y que generen riesgos, mismos que, en última manifestacione instancia, conduzcan conduzcan a la inoperatividad de la obra y/o al incumplimiento de los fines para los que fue concebida. Estabilizar (consolidar) y reforzar son acciones diferentes, aunque con efectos  parecidos, que que frecuentemente se traslapan y hab habitualmente itualmente llegan a cconfundirse. onfundirse. Cuando Cuando se

 

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estabiliza o consolida el entorno de una excavación, se actúa por medios artificiales que de alguna forma modifican tanto las propiedades como el estado de esfuerzos del terreno; es decir, aumentan su rigidez y su resistencia, modifican favorablemente el campo tensional y favorecen el contacto entre discontinuidades existentes; mientras que cuando se refuerza el entorno, sólo se agregan al terreno elementos resistentes de sostenimiento. Cuando se planean el diseño de los sostenimientos que tendrá la labor se toma en cuenta las deformaciones y de redistribución de esfuerzos que van a generarse durante la excavación,, así como cuáles son los fenómenos y mecanismos que determinarán la excavación estabilidad de esta. Todo lo expresado va de la mano a la naturaleza litológica lit ológica de los materiales, a las condiciones naturales de esfuerzos en el terreno al tipo de discontinuidades discontinuidades que gobiernen el comportamiento del macizo, así como al grado de fracturamiento, la deformabilidad y la resistencia de la roca y/o el suelo. Tomando en cuenta todo lo anterior es determinante para elegir los sistemas de soporte, estabilización y reforzamiento, r eforzamiento, así como los estándares para donde se esta trabajando para las cuales deberán ser diseñados los distintos sistemas. Los elementos más comunes de sostenimiento son:   Concreto lanzado.

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  Anclas comunes de fricción.

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  Barras de acero de refuerzo adheridas.

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  Pernos de sujeción de grandes bloques.

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  Marcos metálicos.

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  Marcos de celosía (marcos noruegos).

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  Sistemas de enfilaje frontal.

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  Barras de fibra de vidrio.

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Estos elementos, que no modifican las propiedades ni el estado de esfuerzos del terreno, solamente actúan cuando el medio que circunda la excavación excavación tiende a deformarse o cuando bloques o masas de roca aflojadas tienden a separarse y caer. Cuando se requieran deberán instalarse firmemente contra el terreno y, por lo general, muy cerca del frente; sólo así se obtendrán los efectos favorables que de ellos se derivan.

Sistemas de sostenimiento de rocas Usualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y materiales usados  para mejorar la estabilidad estabilidad y mante mantener ner la capacidad de resistir las cargas cargas que producen producen las rocas cerca al perímetro de la labor subterránea. Se pueden dividir en dos grandes grupos que son la mejor forma de diferenciarlos, el sostenimiento activo de roca y el sostenimiento  pasivo de roca. roca. La opción que se usara depende del grado de aflojamiento o fracturamiento de la roca en el sector excavado. Lo que se quiere casi siempre es que la labor se sostenga sola con la misma roca,  procurando mantener mantener su resisten resistencia cia natural, se trata de movilizar los esfuerzos esfuerzos hacia los los  bordes de la excavación. excavación.

Sostenimiento activo de roca Vienen a ser los refuerzos de la roca donde los elementos de sostenimiento son una  parte integral del macizo macizo rocoso. Por Por ejemplo, se pue puede de mencionar mencionar a las barras de anclaje que son adheridas con equipos de perforación y que luego se tensan cuando hay una deformación en las rocas, de manera similar simil ar cómo funciona el concreto armado. Son dos los principales tipos de sostenimiento activo de la roca usado para labores l abores en minas subterráneas: mecánicamente..   Pernos anclados y tensionados mecánicamente

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  Barras de anclaje inyectados con perforadora o anclaje de fricción. fr icción.

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Para conocer cómo trabajan estos métodos se hará una breve descripción. El anclaje mecánico de los pernos para roca es utilizado normalmente, siempre que la roca sea lo suficientemente dura para proveer un sustento bueno para el anclaje. Los pernos de roca tensados son más efectivos en bloques sueltos o cuñas de roca cercanas a la superficie de la labor. Estos bloques pueden aflojarse debido a planos de falla o  por voladuras que se hicieron ssin in mucho cuida cuidado do y por consig consiguiente uiente deben anclarse anclarse para evitar peligros durante el uso de estas labores. Sucede con frecuencia que la cantidad de material aflojado no es muy profunda, por lo que se requiere solo de un grado de apoyo que sostenga el peso de la roca, Cuando las piezas de roca son pequeñas, es recomendable que se añada mallas para proveer un apoyo efectivo. Es deseable que la tensión de los pernos se haga hasta cerca del 70% de su carga de rotura, de esta manera se podrá apretar los bloques sueltos de roca y las cuñas, permitiendo que estas queden lo más bloqueadas posible. De esta manera se evita el deterioro progresivo en la estabilidad de la roca. Desafortunadamente Desafortunada mente los anclajes mecánicos de los pernos de roca tienen varios  problemas. Hay una tendencia a que los anclajes resbalen progresiva progresivamente mente con el tiempo, tiempo, quizás como resultado de las vibraciones de las voladuras cercanas cercanas.. Se ve algunas veces a  pernos antiguos antiguos de roca que han perdido tod todaa su tensión. Otro prob problema lema es el de la oxidación de rocas con presencia de agua. Por algunos antecedentes se indicó que en algunas oportunidades las vidas de los pernos no protegidos fueron menores que un año, en esas circunstancias y donde requiera una vida de largo plazo, los pernos deberán ser inyectados in situ con perforadoras mecánicas.

 

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Para no usar pernos de roca anclados mecánicamente se debe tener un sistema de voladura cuidadoso y el desprendimiento correcto de rocas sueltas. Estas técnicas reducen la cantidad de roca inestable que tiene necesidad de ser sostenida.

Anclaje mecánico mediante pernos de roca tensionados. La ilustración 1 muestra un número de componentes que pueden utilizarse de diferentes combinaciones. combinaciones. El anclaje formado por lamina metálica que se expande al interior de la perforación es uno de los tantos tipos, en este caso una cuña cónica incluida en el perno  permite que la lámina lámina de expansión quede pres presionada ionada contra el hhueco ueco que se perforó. Cuando se aplica un mortero, se utiliza un collar de jebe para sellar el agujero contra perdida de mortero. Una forma alternativa es utilizar una resina de endurecimiento rápido. El mortero es inyectado por el extremo del agujero y regresa por el tubo, la inyección se detiene cuando el aire ha sido desplazado y el reflujo de mortero comienza a salir. El perno puede ser tensionado inmediatamente después de la instalación utilizando un ajustador automático y el mortero debe ser colocado en una etapa posterior cuando el movimiento inicial de la roca haya cesado. Este sistema provee un anclaje muy confiable en roca buena y cuando se pueda aplicar fuertes cargas a los pernos. Para una correcta instalación se requiere trabajadores calificados y una supervisión cuidadosa. Datos típicos:   Acero, asignación ASTM A 615 (grado 60) ó ASTM A 722 (grados 150).

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Esfuerzo de fluencia de 60 000 psi ó 150 000 psi.   Diámetro del acero de ¾ plg a 1 3/8 plg. pl g.

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  Diámetro del taladro 1 1/5 plg a 2 ½ plg. Longitud variable.

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 Ilustración 1

Barras de anclaje inyectadas o de fricción. Una de las principales desventajas de los anclajes mecánicos de los pernos de roca es que , si el anclaje se delia o el perno se rompe, la capacidad se reduce a cero y el soporte de la roca falla. Este problema es menos severo en el caso que estén totalmente inyectados i nyectados o con  barras de anclaje anclaje por fricción, deb debido ido a que, aun aunque que ocurra la falla de la plancha de anclaje, el resto de la longitud está anclada u continuara proveyendo apoyo. El problema con mortero inyectado o barras de anclaje por fricción es que ellos no  pueden ser ser tensionados y tiene tienenn que estar ins instalados talados antes de que se produzca produzca movimientos significativos en la roca. En efecto, la experiencia ha demostrado que este problema aparente  puede convertirse convertirse en una ve ventaja ntaja y que una combinación de voladura cuidadosa cuidadosa y la instalación de barras de anclaje lo más próximas a la cara de avance proporcionan una forma

 

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muy efectiva de soporte para un rango r ango más amplio de condiciones de roca que el logrado con  pernos de anclaje anclaje mecánico. La instalación de las barras de anclaje cerca de la cara de avance asegura que aquellas  piezas individuales individuales de roca qque ue han sido ligera ligeramente mente movidas queden queden asegura aseguradas. das.  Ilustración 2

Barras de anclaje no tensadas inyectadas con mortero. Estas barras fueron desarrolladas como una solución barata donde el uso de barras de anclaje no tensadas es apropiada. Un mortero denso es bombeado de mano simple o una automática. La barra es empujada en el mortero y para agujeros en la parte superior de la  bóveda, la barra barra se mantiene en su sitio doblándola doblándola ligeramente durante la inserción. inserción. Alternativamente se acostumbra a utilizar cartuchos de resina que permite anclar las barras a la roca. En algunas oportunidades esto puede resultar barato y rápido, además de  proporcionar un sistema sistema anticorrosivo anticorrosivo permanente.

 

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Como no pueden estar tensadas tienen que estar instaladas antes que ocurran deformaciones significativas de la roca. Se debe tener mucho cuidado para asegurar que la resina o el mortero estén adecuada adecuadamente mente mezclados. Se debe verificar el tiempo límite de vida del producto. Datos típicos:   Acero, asignación ASTM A 615 (grado 60). Esfuerzo de fluencia de 60 000 psi

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con diámetro del acero de ¾ plg a 1 plg.   Diametro de taladro entre 1 3/8 plg a 1 ½ plg con longitud variable.

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Pernos de roca anclados por fricción f ricción “SWELLEX” 

Fueron desarrollados primeramente por la compañía Atlas Copco AB que actualmente son Epiroc, este perno o tubo t ubo deformado SWELLEX es expandido por presión de agua dentro del hueco taladrado, de esta manera queda fijado contra deslizamientos dentro de la  perforación. Permite una reducción reducción en la longitud y la instalación es rá rápida pida como también fácil. Proporciona apoyo inmediatamente después después de la instalación y puede ser utilizado en gran variedad de condiciones de terrenos. La instalación causa contracción en la longitud del cerrojo, lo que permite una compresión en la plancha de apoyo exterior contra la roca. La corrosión puede ser un problema en instalaciones a largo plazo. Requiere una bomba para su instalación. Los pernos SWELLEX son comúnmente utilizados para soportes en situaciones medias. Datos técnicos:   Esfuerzo de fluencia de 13 Toneladas. Diámetro del tubo de 25 a 28mm. Diámetro

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de taladros de 33 a 39mm.   Longitud hasta 8 metros.

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  Presión de instalación de 3 000 psi.

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 Ilustración 3

Estabilizadores de roca por fricción “Split set”  

Desarrollado primeramente por “Scott” conjuntamente con la compañía “ IngersollRand” en USA, este dispositivo tiene bastante popularidad. Como el tuvo cortado es forzado

en el taladro, la acción de instalación comprime el tubo generando una fuerza radial contra la roca, lo que genera una resistencia al deslizamiento entre la roca y el acero. Es simple y rápido para instalar u es más barato que las barras ancladas con mortero de similar capacidad,  No se puede puede tensar y se activa activa por el movimiento de la roca de manera similar al caso caso de  barras ancladas ancladas con mortero, EL diámetro de la perfora perforación ción es crítico y la mayoría de las fallas durante la instalación ocurre debido a que el taladro es demasiado pequeño o demasiado grande. En algunas oportunidades, oportunidades, donde se ha requerido r equerido un soporte por largo tiempo, se han presentado problemas de oxidación. EL dispositivo no puede ser inyectado con mortero.

 

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Datos técnicos:   Carga de fluencia de 90 KN con un diámetro de tubo desde 33 a 39 mm.

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  Diámetro de taladro de 32 a 41 mm.

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  Longitud de 0.9 m a 3.6m (3 a 12 pies).

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 Ilustración 4

Barras fijadas con resinas. Este caso representa el sistema de pernos de roca que combina la mayor parte de las ventajas de otros sistemas de pernos. Se utilizan utili zan resinas y catalizadores, los que están contenidos en forma separada dentro de ampollas de plástico. Estas capsulas son empujadas dentro del agujero mediante bastones, a continuación, se introduce la barra aplicándole los movimientos de rotación, esto provoca la rotura de las ampollas y la resina se s e mezcla con el catalizador. Las barras se anclan muy bien en toda la longitud y su instalación es muy fácil. Se debe tener mucho cuidado para seguir las indicaciones de los fabricantes. Las resinas son

 

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caras y muchas tienen un tiempo de vida no tan largo, particularmente en climas cli mas que son cálidos.  Ilustración 5

Cables con mortero. Los pernos de roca y barras de anclaje pueden ser reemplazados en muchas aplicaciones por cables fijados con mortero. La ventaja principal de estos cables es que  pueden estar estar instalados en labo labores res angostas. angostas. Los cables ccolocados olocados sin tensar pueden ser ser tensados después después de colocar el mortero. En los últimos años ha sido utilizado exitosamente también en obras de ingeniería civil. Cuando se desea tensar el cable y se usa cementos normales o shotcrete, se debe tener cuidado de esperar varios días para permitir que este adquiera la resistencia requerida. Datos técnicos:   Esfuerzo de fluencia de 257 000 psi.

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  Carga de fluencia de 50 Toneladas.

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  Diámetro del cable de 20 mm.

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  Diámetro de agujero de 35 mm, sin límites de longitud.

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Sostenimiento pasivo de roca Los sostenimientos pasivos de roca, donde los elementos de sostenimiento son externos de la roca y dependen del movimiento interno de la roca que está en contacto con el  perímetro de la labor. labor. El sostenimiento con arcos metálicos metálicos,, dominados también también como cerchas o cimbras, como también los arcos de madera son ejemplos de estos sostenimientos ya que son externos a la masa de roca y funcionan solo cuando se producen movimientos hacia adentro de la masa rocosa r ocosa aflojada. Para completar el refuerzo logrado utilizando barras de anclaje, pernos o los cables, con frecuencia se incluye el uso de mallas, grampas, shotcrete, cuadros de madera y arcos de acero.

Mallas. Una regla general que puede ser utilizada para el espaciamiento de los pernos de roca, es que la distancia entre placas de apoyo sea aproximadamente igual a tres veces el espaciamiento promedio de las separaciones entre fisuras en el macizo rocoso. Si un conjunto de juntas se interceptan formando cuñas o bloques con longitud de lado promedio entre 0 a 5 m, el espaciado ideal entre pernos debería estar cerca de 1.5 m y la longitud del perno debería ser dos veces el espaciado de los pernos, por ejemplo 3 m. Este ejemplo da longitudes y espaciamiento razonables razonables de pernos pero que se podría hacer si el espaciado entre las juntas está cerca de 10 cm, obviamente seria poco práctico poner pernos a 30cm entre los l os centros y  por eso es conveniente conveniente eell uso de mallas pa para ra soportar los peq pequeños ueños bloque bloquess entre las planchas planchas de apoyo superficial.

 

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 Ilustración 6

La malla puede ser trenzada o soldada. La malla trenzada es flexible y tiene gran capacidad para tomar cargas. Sin embargo, es mas difícil de manipular durante la instalación y no es recomendable usarla con shotcrete, debido a la l a dificultad de eliminar las bolsaas de aiire entrampadas detrás de las uniones de la malla. Las mallas soldadas son mas rigidas y son más fáciles de instalar, también son muy apropiadas para el uso del shotcrete. La malla de alambre soporta las piezas pequeñas de roca suelta que está a punto de caer. La malla es muy económica y de rápida instalación. La malla no puede soportar cargas excesivas de roca  porque puede puede fallar. La malla solda soldada da era usada usada tradicionalmente ccomo omo refuerzo de shotcrete, Pero fue reemplazada en algunos lados con fibras metálicas aplicadas con el shotcrete.

Grapas. Cuando la masa de roca que rodea una abertura subterránea está formada por lajas, lo que significa que la mayoría de los planos débiles están en una dirección, dir ección, uno de los medios más efectivos para el apoyo de las l as mallas es el uso de platinas metálicas o grapas, estas están situadas entre pernos de roca y cubren planos débiles.

 

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 Ilustración 7

Shotcrete. El shotcrete actúa en gran medida de la misma manera que una malla que evita el desprendimiento de pequeñas pequeñas piezas de roca desde la superficie de una labor, ayudando a soportarse a sí mismo y también sosteniendo la roca. Debido a que el shotcrete es más fuerte que las mallas metálicas, sobre todo si se usa con fibras y como es más resistente aun a la corrosión, es considerado como un sistema más eficiente que las mallas, Es particularmente usado en excavaciones donde se requiere sostenimiento por mucho tiempo. El shotcrete es utilizado como un sistema versátil de apoyo con la adición de microsálica y refuerzo con fibras de acero agregados a la mezcla del mortero. La colocación compleja de capas delgadas de shotcrete, reforzadas con mallas electro soldadas pueden ser reemplazadass por un sistema rápido y económico de reforzarlas con el uso de fibras metálicas reemplazada y micro-sálica. Se han desarrollado un número suficiente de investigaciones sobre el diseño de mezclas, con inclusión de fibras por lo que se puede afirmar que la calidad de este tipo de labores cae responsable en los operadores del equipo. La colocación de shotcrete requiere una atención constante para el control de la  presión, el volumen volumen de suministro de agua, mezc mezclado lado y aire para garantizar que el el material

 

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sea colocado de manera continua e ininterrumpida para lograr una colocación de buena calidad, bien compactada y con un mínimo porcentaje de rebotes del material lanzado. Como el shotcrete desarrolla rápidamente esfuerzo al poco tiempo de su aplicación,  podrá ser aplicado aplicado inmediatamente después de la excavac excavación. ión. La mayoría de las mezclas incluyen hasta el 5% de aditivo acelerador. Lo que permite que en un tiempo muy corto se esté alcanzando las resistencias necesarias para absorber cargas. El uso de aditivo micro-sálica actúa produciendo una reducción considerable considerable del rebote, por consiguiente, se puede aumentar el espesor del shotcrete permitiendo que las zonas débiles de roca con corrientes de agua queden cubiertas y ancladas de manera efectiva. El uso de sílice no afecta la resistencia a largo plazo del producto. La adición de fibras metálicas aumenta la capacidad para tomar cargas una vez  producido el agrietamiento, agrietamiento, aunque no da mejora de manera manera importante la resistencia resistencia a la flexión inicial de las l as capas colocadas de shotcrete. Existe básicamente dos tipos de shotcrete, el de mezcla muy seca y mezcla húmeda. En los casos que la roca se encuentra aflojada se usa mucho el proceso de mezcla seca, por la flexibilidad del equipo y dosificación. EL producto final es altamente dependiente de los operadores y especialmente del operador de la boquilla de lanzamiento. l anzamiento.  Ilustración 8

 

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Arcos metálicos. Son denominados también como cerchas o cimbras, es un sistema como sostenimiento debido al hecho que los arcos de acero no interactúan con la roca de la misma forma que como ocurre con los pernos de la roca o las barras de anclaje. En este último caso, los elementos se hacen parte de la masa rocosa, r ocosa, de manera similar al coso del refuerzo en concreto armado. Por otra parte los sistemas de soporte pasivo soportan cargas solo cuando existe un movimiento hacia dentro de la excavación de la labor, ya que están situados generalmente a alguna distancia detrás de la carga de avance. Como el mayor movimiento a corto plazo en la roca ha tenido lugar antes que el arco metálico haya sido colocado, la única carga que toman es el peso propio de las rocas que se desprenden alrededor de la apertura. Estos soportes son altamente efectivos para resistir cargas pesadas, incluso después que se han producido fuertes deformaciones. Si no están bien colocados en contacto continuo con el medio rocoso, son ineficaces y propensos a torcerse bajo cargas excéntricas. Para que el sistema de soporte pueda actuar debidamente, es necesario considerar algunos aspectos importantes en su instalación.   En primer lugar, en lo que concierne a la evolución de las cargas, es preferible que

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el soporte se instale lo antes posible, pues cualquier retraso ya sea en tiempo o en distancia al frente se traduce en aumento de la presión sobre el techo, si  prevalecen las las cargas de de descompresión scompresión o roca suelta.   Para iniciar la colocación de un tramo con cimbras, se debe proceder a asegurar el

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techo, lo cual se podrá realizar mediante la colocación de shotcrete temporal o marchavantes de ser necesario.   Todas las cimbras deben estar correctamente apoyadas y sujetas al piso mediante

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dados de concreto, debiéndose mantener su verticalidad, para lo cual se requerirá r equerirá

 

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de ser necesario, asegurar la cimbra anclándola con cáncamos a las paredes. Las siguientes cimbras a colocar se asegurarán con los tirantes tir antes y se protegerán en forma sistemática con el encostillado.   El bloqueo de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para que pueda

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haber una transferencia uniforme de las cargas rocosas sobre las cimbras. Si no se realiza un buen bloqueo las cimbras no serán efectivas. Por lo tanto, es importante realizar correctamente esta labor.   Es muy importante que la instalación sea cimbra por cimbra y no varias cimbras a

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la vez, es decir, completar la instalación de una cimbra para comenzar con la siguiente.  Ilustración 9

Cuadros de madera. En los trabajos de minería Subterránea existen dos tipos de sostenimiento con madera Empleada para frentes de avance y la otra empleada para topes o Tajeos de Producción.  Sost  So ste enim nimien ientto en fr fre ente ntes de avanc nce e.

Esta comprendido por el sostenimiento en galerías, cruceros y piques

 

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  Sostenimiento para Cruceros Y/O Galerías, el sostenimiento es igual para ambas

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labores y están constituidos por cuadros de madera ya sea en forma rectangular o trapezoidal., en ambos casos dichos cuadros están constituidos por elementos  principales y elementos elementos secund secundarios. arios. E leme lemento ntoss pr prii nci ncipa pales les d de e un cuadr cuadro od de e av avance ance en galer galeríí a o crucer cr uceros. os.   Sombrero. Elemento que tiene por función soportar las cargas laterales y del

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techo. Los sombreros normalmente soportan esfuerzos de comprensión paralelas a sus fibras y esfuerzos de flexión perpendiculares a esta. Para evitar que los sombreros trabajen siempre a flexión cuando la presión es fuerte, generalmente se colocan puentes   Postes. Son los elementos del cuadro que tienen ti enen por objeto soportar los esfuerzos

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de comprensión paralelo a las fibras de madera. Esto se debe a que los postes soportan en las cargas del techo y las fuerzas de reacción del piso. Los postes  pueden ser ser colocados en for forma ma perpendicular o inclinados con respecto al piso. Se colocan inclinados con la finalidad de formar cuadros trapezoides.   Tirante. Es un elemento en minería a que generalmente no soporta esfuerzos de

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gran magnitud.   Solera. Elemento que se utiliza cuando los terrenos son suaves soportan esfuerzos

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 provenientes del poste y la reac reacción ción del piso direc directamente tamente

E leme lemento ntoss auxi auxililiar are es de un cuad cuadrr o de av avance ance en ggale alerr í a o crucer cr ucero. o.   Block. Son accesorios que tienen por objeto asegurar las estructuras de

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sostenimiento hasta que sean fijadas por la presión del terreno para colocar los Stokes se deberá tener en cuenta lo siguiente:

 

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Tratar que las fuerzas de transmisión sean paralelas a las fibras porque la madera tiene la generalidad de mayor resistencia en la comprensión paralela a sus fibras que estén perpendicularmente a ellas.

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Tratar que el contacto y la transmisión de esfuerzos en las cargas compresionantes compresionantes y los cuadros sigan una misma dirección 0

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Evitar el Bloqueo en las partes intermedias de los elementos porque de ser así se sometería a los elementos de los elementos de la estructura a los esfuerzos de flexión.

  Cuñas. Al igual que los bloques tienen por objeto asegurar a los elementos de

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sostenimiento hasta que las presiones del terreno los sujeten definitivamente. Generalmente son empleados cuando hay espacios irregulares entre los elementos del cuadro y del terreno t erreno para colocar las cuñas se debe tener en cuenta lo siguiente:  

Que el limite practico del ángulo sea de 15 a 20 grados

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Que su sección sea de forma triangular t riangular

  Enrejados y entablados. Son elementos auxiliares de sostenimiento que tienen por

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objeto soportar el material de las partes laterales de una galería o cruceros se llaman enrejados cuando están constituidos por redondos de 4 plg a 6 plg. de Diámetro, colocados uno tras otro con separación un de 3 a 4 plg. También se usan semiredondos o sea redondos aserrados longitudinalmente en 2 partes iguales.   Entablados. Se llama Cuando están formados por tablas de 2 a 4 plg de espesor y

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de 6 a 10 plg de ancho. Tanto los redondos como las tablas se colocan longitudinalmente sobre los postes para colocar ya sea uno u otro elemento se debe tener en cuenta 0las siguientes recomendaciones

 

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Se emplean los enrrejados en terrenos fracturados y quebrados

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Se emplean entablados en terrenos molidos o arcillosos

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Cuando los terrenos molidos o arcillosos tienen presiones constantes conviene emplear el sistema casillero.

  Encamado. Es otro elemento auxiliar de sostenimiento cuyo objeto es0 similar al

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enrejado, con la única diferencia que se coloca longitudinalmente apoya apoyados dos sobre sombreros.   Encribado. Elemento auxiliar de sostenimiento cuya estructura tiene por objeto

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fundamentalmente fundamentalmen te sostener el techo alzado a una unidad estructural se le conoce con el nombre de CRIBING, los CRIBING están constituidos por redondos de 4 a 8 plg de diámetro. aunque también puede usarse madera escuadrad escuadrada. a.   Longarina. Son largueros de 10 x 10 plg de sección y de 15 plg a 18 de longitud. l ongitud.

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SE emplean solo en casos especiales.  

Cuando los cuadros no tienen solera se colocan longitudinalmente a la galería una a cada lado de las Hileras para colocar sobre ellas potes provisionales.

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Cuando las distancias entre las cajas son grandes en este caso las longarinas se colocan transversalmente transversalmente a la dirección de la caja.  Sost  So ste enim nimien ientto par a piqu ique es.

Los piques a igual que otra otr a vía cualquiera de acceso principal debe ser construido de tal manera que puedan garantizar una duración tan igual como la existencia de la mina misma los piques si son rectangulares sea cual fuera el tipo de sostenimiento utilizado tiene unos mismos elementos esenciales comunes, comunes, como cuello o collar, las soleras, los postes , los Tirantes de suspensión, cuñas guiaderas y anclajes .   Collar. Se llama así a una estructura ubicada en la boca del pique se caracteriza

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fundamentalmente fundamentalmen te porque descansa sobre travesaños bastantes consistentes las

 

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mismas que son colocadas en los extremos y de cada división transversalmente del  pique.   Solera. Elemento que horizontalmente determina el número de cuadros.

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  Postes. Elementos de sostenimiento que soporta a todo el cuadro rectangular

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superior su función principal es acodalar los cuadros y transmitir su peso a los anclajes   Anclaje. Se denomina así a un sistema de longarinas que se encuentran ancladas

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en las cajas del pique y que sirve para sostener a un conjunto de cuadros superiores. Estas longarinas se colocan debajo de las soleras extremas y centrales a distancia de 15 a 75 metros o mas   Espiga. Se denomina así al extremo de una pieza de sostenimiento cuyo espesor se

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ha disminuido con fines de penetración entere dos o más piezas.

Cuadro recto. Son usados cuando la mayor presión procede del techo. Está compuesto por tres  piezas, un sombrero sombrero y dos pos postes; tes; los postes forman forman un áng ángulo ulo de 90° con el sombrero. Estos cuadros están unidos por los tirantes, los cuales determinan el espaciamiento de los mismos. Se adiciona el encribado en el techo, generalmente con redondos y el enrejado en los hastíales con madera redonda, semiredonda o entablado.

 

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Cuadro cónico. Son usados cuando la mayor presión procede de los hastíales. Los postes son instalados en forma inclinada, formando ángulos de 78° a 82° respecto al piso, quedando el cuadro de forma trapezoidal.  Ilustración 11

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Cuadro cojo. Está compuesto por un solo poste y un sombrero. Este cuadro es usado cuando una de las cajas es más competente que la otra. Estos cuadros deben adecuarse a la forma f orma de la excavación para que cada elemento trabaje de acuerdo a las presiones ejercidas por el terreno.  Ilustración 12

 

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Conclusiones La importancia de el sostenimiento primordialmente por seguridad y costos es necesario en minería e incluso en obras civiles ya que están deben durar un tiempo estimado o a largo plazo. Escoger el mejor tipo de sostenimiento dará no solo seguridad a los colaboradores,, sino también, los costos serán óptimos en caso se analice bien que tipo de colaboradores sostenimiento y el más efectivo se utilizara. Como se nota a través del tiempo hubieron mejoras y algunos siguen usándose o también tienen algunos cambios como mejoras, más adelante puede existir nueva manera que las ya conocidas o nuevos softwares que nos ayuden haciendo simulaciones al igual que RocData, posiblemente en base a más datos podamos crear unos y mejorar la eficiencia al momento de hacer los sostenimientos lo cual aminorara el tiempo y costos siempre teniendo la seguridad de todos.

 

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Referencias Secretaria de Comunicaciones y Transportes (2012), Capitulo 8, Sistemas de sostenimiento.  México. Altos Hornos de México, AHMSA (2013), Manual de diseño para la construcción construcción de acero. Roy Arturo Orlando Lazo Laura (2020), Optimización del sistema de sostenimiento de las labores subterráneas para una mina con problemas de altos esfuerzos, Perú.

Amador Escalante Guerra Hernan (2017),  Mejoramiento del sistema de sostenimiento, con madera, mediante pernos split set y malla electrosoldada en labores de explotación de la empresa “macdesa” , Arequipa.

American Concrete Institute (1993), Diseño de túneles, URP Perú. Flores Soncco Edward (2001), Análisis y diseño de soporte en minería subterránea, Pernos Pernos de anclaje más resina en la rampa 623, Mina San Rafael.

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