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Publicado por el Departamento de Ingeniería de Minas de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile Derechos

Reservados

baio Registro

Intelectual según Inscripción

de Propiedad

NQ 705.394

del 28 de

Agosto de 7998. 7Q Edición. ISBN: 956-19-0265-6

Impresores: Servicios Gráficos Claus von Plate y Cía. Ltda.

Santiago¡ Agosto de 7998

4

:-

~

PROLOGO

, El Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de Chile se complace en poner a '¡

disposición de la comunidad minera este libro sobre "Construcción de Túneles, Piques y Chimeneas", escrito por el distinguido profesional y profesor Camilo Salinas Torres. la iniciativa obedece a la necesidad de contar con un texto en lengua hispana que sirva tanto a

{

los estudiantes de ingeniería como a los profesionales que trabajan en proyectos o se desempeñan en terreno en su deseo de perfeccionar conocimientos

y aplicarlos correctamente en un tema tan particu-

lar en este país minero. Además, el Departamento dentro de su plan de modernización de la enseñanza de ingeniería de minas, siente la responsabilidad de una mejor docencia y también de extender parte de su quehacer hacia la industria minera, sobretodo en un período en que se está recibiendo de ella un decidido apoyo para desarrollar sus actividades en un entorno cada día más exigente y competitivo. Camilo Salinas es ingeniero civil de minas egresado hace ya más de 20 años de esta Facultad. Ha tenido la oportunidad de trabajar en diversas empresas mineras como ingeniero de operaciones y también como ingeniero de estudios y proyectos. Durante gran parte de este tiempo ha estado ligado a la docencia en el Departamento de Ingeniería de Minas. Sus actividades le han permitido aunar conocimientos teóricos con experiencia práctica, que ahora tiene la generosidad de entregar a gene~,

raciones mineras que se están formando y a aquellas que desean refrescar sus conocimientos. Vayan nuestros agradecimientos a muchas personas e instituciones que han hecho posible la edición de este libro. En especial debemos mencionar a CODElCO-CHllE, patrocinador de la Cátedra de Tecnología Minera, y a las autoridades de la Facultad de Ciencias Físicasy Matemáticas que con su permanente apoyo han hecho posible la publicación de esta valiosa obra. A todos muchas gracias y esperamos poder materializar otras iniciativas en esta misma dirección.

BRUNO BEHN THEUNE DIRECTOR Departamento de Ingeniería de Minas

Santiago, 7 de Septiembre de 1998.

5

.

Camilo Salinas Torres Ingeniero Civil de Minas, egresado en el año 7976, inició su vida profesional en Sociedad Minera Pudahuel Ltda. C.P.A; donde se desempeñó como Ingeniero de Estudios. Posteriormente cumple funciones como Ingeniero Administrador en Compañía Minera Contractual Navarra y Compañía Minera Regional de Vallenar en la producción de minerales de Cu, Au; y Ag. Permcmece en Compañía Minera Catemu Ltda. entre los años 7983 y 7986 como Ingeniero Administrador de Mina y Planta en la producción de minerales y concentrados de Zinc, Plomo; Plata; Cobre y Oro. Su interés por el tema de las excavaciones mineras y civiles lo lleva a integrarse a Stager Excavaciones Ltda.; como Gerente de Operaciones; participando en el estudio; planificación y ejecución de una importante cantidad de proyectos de construcción de galerías; piques y chimeneas usando métodos mecanizados; a través de todo Chile y en Brasit con fines de exploración y producción de minas. Desde 7994 a 7997 cumple funciones en Ingeniería y Construcciones Mas Errázuriz S.A; como SubGerente de Estudios, participando en el estudios de proyectos de construcciones mineras y civiles en el país y para licitaciones en Brasit Ecuador; Perú;y Argentina. Durante su vida profesional ha visitado diversas faenas mineras y de construcciones subterráneas en Inglaterra; Canadá; E.E.u. u. y Sud-América. Actualmente se desempeña como Académico del Departamento de Ingeniería de Minas de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile; además de Consultor en Minería en el país.

6

INDICE

~

f,

Prólogo ,¡

INTRODUCCiÓN

~ 1.-

CONSTRUCCiÓN DETUNELES

1.1.- Definiciones.

19

1.2.-

1.2.2.- Métodosde Construcción.

20 20 21

1.3.-

Operaciones

23

1.4.-

Perforación.

r

Métodosde Construcción. 1.2.1.- Variablesde Diseño.

Unitarias.

1.4.1.- Perforación manual. /

23 23 24 25

1.4.2.- Aceros de perforación manual. 1.4.3.- Perforación mecanizada. 1.4.4.- Equipos de perforación mecanizada. 1.4.5.- Aceros de perforación para equipos mecanizados.

25 26

1.5.-

27

Tronadura.

1.5.1.- Nomenclatura de tiros. 1.5.2.- Tipos de rainuras. 1.5.3.- Diseño de la rainura large hole cut. 1.5.4.- Ubicación y carguío del resto de los tiros. 1.5.5.- El contorno del túnel. 1.5.6.- Consideraciones prácticas para el diseño del diagrama de disparos.

27 28 33 37 38 39

1.6.Sistemasde Carguío y Transporte. 1.6.1.- Introducción.

39

1.6.2.- Equipos de carguío para construcción de túneles. 1.6.3.- Equipos de transporte en la construcción de túneles.

40

7

39 46

2.-

CONSTRUCCiÓNDEPIQUES

2.1.-

Introducción

2.2.-

Procedimientos

2.3.-

Propósito del pique

56

2.4.-

Ubicación e inclinación del pique

57

2.5.2.5.1. 2.5.2.2.5.3.-

Arreglo seccional de un pique

58 58 63 65

2.6.2.6.1.2.6.2.2.6.3.-

55 para el diseño de un pique

Conjunto de vigas de madera en una sección circular Conjunto de vigas de acero en una sección rectangular Conjunto de vigas de acero en una sección circular Arreglo superficial de un pique Introducción Ubicación del huinche principal Peinecillo o Castillete

56

69 69 69 70

2.7.-

Collar del pique

73

2.8.-

Definición de los huinchesy cablesde izaje en la etapa construcción.

2.8.1 .- Movimientodel balde de marina y accesodel personal 2.8.2.- Movimientoy suspensiónde la plataforma de trabajo

75 75 77

2.9.2.9.1.2.9.2.2.9.3.-

:(arguía en piques

84 84 84 89

2.10.-

Drenaje delpique

96

Método de excavación Perforación Tronadura

96 97

2.11.- Fortificacióndelpique 2.11.1. - Impermeabilización

. 2.12.- Algunos piques construidos en Chile

8

98

3.-

CONSTRUCCiÓNDECHIMENEAS

3.1.-

Introducción

101

3.2.-

Chimeneas manuales convencionales

101 101

3.2.1.- Definiciones 3.2.2.- Ciclo de construcción 3.2.3.- Ventajas del método convencional 3.2.4.- Desventajas del método convencional

102 103 103

3.2.5.- Relaciones prácticas entre el largo de perforación, sección de la chimenea y número de tiros

103

3.3.Chimeneasconstruidas con Jaula Trepadora 3.3.1.- Definiciones 3.3.2.- Descripción del equipo 3.3.3.- Etapas de la construcción 3.3.4.- Características de los diferentes modelos de Plataformas Trepadoras. 3.3.5.- Carga admisible en la Plataforma Trepadora 3.3.6.- Ciclo de construcción 3.3.7.- Ventajas del método 3.3.8.- Desventajas del método

104 104 104 107 109

3.4.Método Vertical Cráter Retreat (V.C.R.) 3.4.1.- Teoría de la tronadura tipo cráter

115

3.4.2.3.4.3.3.4.4.3.4.5.3.4.6.3.4.7.-

120 121 121

Aplicaciones del método veR. Perforación para el veR. Tronadura en el VeR. Relaciones entre el burden, diámetro de perforación y el peso de la carga de explosivos. Diagramas de disparos veR. Secuencia de operación en una chimenea VeR.

111 112 114 115

115

121 122 126

3.4.8.- Ventajas y desventajas del método veR.

126

3.5.Método usando equipo Raise Borer 3.5.1.- Definiciones 3.5.2.- Sistemas del método

128 128 128

3.5.3.- Composición del equipo 3.5.4.- Elementos de perforación 3.5.5.- Ventajas y desventajas del método

130

3.6.-

Método usando Jaula Joro

135

3.6.1.- Definiciones 3.6.2.- Antecedentes de operación 3.6.3.- Vigencia del método

135

.

9

130 132

136 136

4.-

FORTIFICACiÓN

4.1.-

Introducción

139

4.2.-

Factoresque afectan la estabilidadde una excavación

139

4.3.-

Monitoreo

4.3.2.- Medicionesde aguas subterráneas

140 140 141

4.4.-

Conceptosde Rigidezy Cedencia

141

4.5.-

Fortificación Activay Pasiva

141

4.6.-

Clasificación de losSistemasde Fortificación

142

4.7.-

Comportamiento de una excavación

143

4.8.-

Tipos de Fortificación

144

4.3.1. - Medicionesde los esfuerzosdel macizo rocoso

4.8.1.- Pernos 4.8.2.-

de anclaje.

Pernosde anclajemecánico

4.8.3.- Pernos con lechada de cemento Pernos

con

resina

4.8.5.-

4.8.4.

Cables

con

lechada

de cemento

4.8.6.-

Pernos

con

anclaje

de fricción

4.8.7.-

Test de

Stillborg

-

epóxica

144 144 149 151

4.8.8. - Hormigón

proyectado

4.8.9. -

Fortificación

151 154 156 157 164

de Fortificación

167

4.8.10.

Mallas -

Marcos

Referencias

10

de

INTRODUCCION

11

.

12

INTRODUCCION Lostúneles son construcciones subterráneas que cumplen el objetivo de ser medios por los cuales se realiza un transporte eficiente, ante condiciones naturales adversas tales como: atravesar una cordillera, un cerro, un río, servir de acceso subterráneo para las diferentes aplicaciones que presenta la minería subterránea, servir de paso de agua para un proyecto de regadío, permitir la operación sin fallas del transporte subterráneo de la población de una ciudad ó, permitir el paso del ferrocarril. En minería subterránea los túneles se presentan en diversas variedades y denominaciones, pero en general podemos afirmar que son los medios de acceso para iniciar un trabajo de exploración, además de ser los medios de acceso a los minerales, su explotación y su posterior remoción a superficie. , Los túneles forman parte en cada momento della vida diaria de las comunidades de los países mas desarrollados y su servicio y rango general de aplicación aumenta con la expansión de las necesidades de las comunidades del mundo.

Desarrollo Histórico del Arte de Construcción de Túneles. Cualquier apreciación en el presente no puede dejar de mencionar los increíbles acontecimientos de los últimos 3.000 años. Túneles de cientos y miles de años de edad aún permanecen en pie en estos días, representando el gran entrenamiento en el Arte de Construcción de Túneles el cual se había desarrollado en esos tiempos. Los túneles jugaron un im¡;>ortantepapel en el desarrollo de la civilización. El valor de los túneles fue apreciado por el hombre primitivo, el cual por el natural deseo de ampliar su refugio subterráneo, o alargar los pasadizos bajo tierra, desarrolló el entrenamiento adecuado para realizar estos trabajos con técnicas de esos tiempos. Las cavernas donde vivía el hombre primitivo, muestra las evidencias del desarrollo de trabajos de excavación y su capacidad de aprovecharlas para mejorar sus condiciones de vida. Cavernas fueron usadas como refugios, por el hombre primitivo, hace unos 40.000 AC. años en Australia Tan pronto las primeras civilizaciones reconocieron la importancia de los túneles, en ganar accesos para llegar a encontrar materiales y minerales que mejorarán sus condicipnes de vida. Por ejemplo en Grimes Graves al este de Anglia en el Reino Unido ,se encontraron testimonios d,~ excavaciones en piedras grises las que al frotarlas entre si producían chispazos de fuego que aprovechaban/en su vida diaria. Estas excavaciones fueron realizadas, probablemente entre el 15.000 y el 10.000 AC. Alrededor de los años 4.000 a 3.000 AC. parece haber sido el tiempo en que las excavaciones en rocas suaves, ocuparon la atención del hombre de esa época por la construcción de diferentes tipos de aperturas subterráneas. Las minas de cobre en Sinaí, operaron desde la Edad de Bronce alrededor del 3.000 AC. También las minas de oro en Egipto empezaron a operar en ese período. Toda esta minería incipiente necesitó de accesos a los depósitos y vetas, horizontales e inclinados. Se han encontrado vestigios de las actividades mineras de esos tiempos. El gran campo de aplicación de I~s túneles fue apreciado por el hombre desde sus comienzos valorando los múltiples propósitos: Por ej. desarrollaron túneles para ser usados como vías de escape en la guerra, o para implementar el asalto a una fortaleza enemiga, o para transportar agua desde un río o para simplemente para efectuar el ingreso y egreso de personas. A medida que pasa el tiempo, el hombre va logrando mayor entrenamiento en la construcción de túneles y sus excavaciones asociadas. Túneles de centenas de metros son construidos con éxito entre los años 500 AC y 1.500 D.C . En este período se aprecia un desarrollo paulatino, lento, pero que sirve para que el hombre vaya

INTRODUCClON - 1 3

resolviendo los problemas propios de la excavación, con los recursos limitados con que contaba. En esta época se enfrentan proyectos de minería y civiles que aumentan poco a poco en complejidad con el paso del tiempo. La construcción de túneles da un gran salto en los siglos 18 y 19, con la Revolución Industrial y debe responder con ímpetus ante esta emergencia especialmente en aplicaciones globales en el tema del transporte. Lostúneles formaron parte integral del desarrollo del transporte por ferrocarril y algunas hazañas de ingeniería fueron realizadas en la construcción de túneles para atravesar montañas de mayor longitud. Uno de los mayores túneles de drenaje de aguas que se había visto en la época es por ejemplo en Hill Cam, Derbyshire, Reino Unido, construido entre los años 1.766 y 1.787 con una longitud de 7 km. y que tuvo una gran importancia en el desarrollo de algunos sectores con minerales. Por otra parte estos canales subterráneos tuvieron un mejor diseño y fueron de gran utilidad para la minería del carbón en el Reino Unido en los siglos 18 y 19,como por ejemplo los canales subterráneos que servían de evacuación de aguas en las minas de carbón de Worsley y formaban parte del sistema del canal Bridgewater con unos 70 Km. de desarrollos aproximadamente. En minería toda la profundización para acceder a los depósitos minerales debía hacerse por medio de túneles¡ y el éxito de los proyectos dependía del desarrollo de las técnicas de excavación, el aumento de las dificultades ge61ógicas del terreno, y el desarrollo y aplicación con éxito de nuevas técnicas de sostenimiento de túneles. En Africadel Sur se construyeron en forma exitoso túneles mineros de 3 a 4 km. de extensión. El transporte a través de túneles bajo ríos, lagos, canales y costas ha probado ser uno de los mayores desafíos que algunos países han enfrentado con éxito en este siglo, con la perspectiva de los grandes beneficios que reportarán para la vida y désarrollo de los países. Una de las obras culmines es la construcción del Túnel del Canal de la Mancha que atraviesa el canal del mismo nombre uniendo las ciudades de Dover en Inglaterra y Calais en la costa norte de Francia, produciendo un lazo de conexión expedito de insospechadas proyecciones para el intercambio comercial entre los países de Europa central y los países del Reino Unido. El Impacto de la Perforación y Tronadura. En los comienzos, el avance de los túneles se realiza excavando con martillo y cincel yen algunos casos fragmentando la roca por la rápida contracción que se producía al rociar con agua fría una superficie de roca previamente calentada a altas temperaturas. Es solamente en los últimos 300 años que la perforación y la tronadura es utilizada en las operaciones de excavación de un túnel. Laadopción de nuevas técnicas más eficientes permitió extender la excavación de túneles a formaciones de roca más duras. La perforación fue inicialmente neta mente manual y más tarde con la introducción de la energía aumentó en gran medida los rendimientos de los avances. La introduc'ción del aire comprimido revolucionó la práctica constructiva de los túneles. Por otra parte la introducción ~e los explosivos, su continua evolución y perfeccionamiento aumento significativamente las expectativas y fue consolidando las prácticas de construcción de túneles en los últimos 300 años. Influencia del Conocimiento

Geológico.

El avance del conocimiento geológico permitió establecer con mayor exactitud las características geomecánicas de la roca que va a ser excavada. Este desarrollo permite anticiparse al progreso del túnel,

14

- CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

definiendo con buena exactitud las condiciones estructurales tales como: tipo de roca, presencia de fallas y fracturas en la línea de excavaciÓn, competencia de la roca, presencia de agua, cambios de calidades de roca y finalmente las necesidad de usar métodos de sostenimiento de las paredes y techo del túnel. Sin duda el conocimiento geomecánico de la roca a ser excavada es una de las actividades de primera importancia que debe ser resuelta antes de iniciar el progreso de la excavaciÓn.

El Desarrollo de la Maquinaria de Construcción de Túneles. Al primitivo método de excavaciÓn con marfillo y cincel se produce un gran desarrollo de la maquinaria para túneles con la incorporaciÓn de formas de energía para su funcionamiento. El aire comprimido, la energía eléctrica, la utilizaciÓn de maquinaría diesel, la energía suministrada por medio de bombas hidráulicas, entregan una amplia gama de posibilidades de maquinaría alternativa para la excavaciÓn. Este desarrollo y su perfeccionamiento se produce principalmente en los últimos 300 años y revoluciona las operaciones de perforaciÓn, tronadura, carguío, remociÓn de la roca, servicios, y sostenimientos, en construcciÓn de túneles. Para secciones mayores y largas longitudes de túneles la incorporaciÓn de maquinaria de excavaciÓn mecánica por corte y cizalle es una gran contribuciÓn para el desarrollo de la práctica de túneles en rocas blandas a semiblandas ya que aumentÓ los rendimientos de avance en forma significativa, eliminÓ el uso de los explosivos, realiza la remociÓn de la roca a través del mismo equipo, como también permite realizar el sostenimiento del túnel con mecanismos.propios del equipo.

CLASIFICACION GENERALDE LOS TUNELES Clasificación A.- Túnelespara tráfico.

Aplicacionesde lostúneles

1.-Túnelespara ferrocarril. 2. - Conexiones para caminos y autopistas. 3.- Túnelespeatonales. 4.- Túnelespara navegación. 5.- Túnelespara transportemetropolitano.

B.- Túnelespara transmisión.

1.- Plantashidroeléctricas. 2.- Túnelespara conducciónde serviciospúblicos. 3.- Túnelespara abastecimientode aguas. 4.- Túnelespara colectoresy alcantarillados. 5.- Túnelespara transportede materialesen industrias.

C.- Túnelesmineros.

1.- De accesoprincipal de una mina. 2.- De exploración. 3.- De explotación:rampas, galerías, estocadas,etc. 4.- Galerías de servicio: evacuaciónde aguas,ventilación.

INTRODUCClON- 1 5

Ejemplos del desarrollo de la Construcción de Túneles en el tiempo.

Período

Descripción

40.000 AC.

longitud

Sección

Bomvu Ridge : minas primitivas de hematita

15.000 a 10.000 AC. Grimes Graves, East Anglia. Minas de fluorita 3.000 a 1.000 AC.

Sobre 10 mt.

Egipto y Malta: galerías asociados a minas, sepulcros y templos.

2.000 AC.

Babilonia: Túnel Eúfrates, construido para atravesar el

1.000 mt.

3,6 x 4,6

río del mismo nombre.

500 AC. a 500 D.C.

Romanos incorporan acceso para el drenaje de aguas.

700 AC.

Jerusalén: Túnel para abastecimiento de agua.

200 mt.

07 x 07

.90 D.C.

Posilopo, túnel para transporte en Roma.

900 mI.

A= 7,5 mt.

500 a 1.500 D.C.

Túneles para propósitos militares.

Siglo 15, años 1.400 1.679

Hungría, Mina Biber, túnel de drenaje.

5 a 6 km.

Fraancia: túnel del canal Laanguedoc. Introducción de la pólvora en la tronadura de rocas.

1.826 al 1.829.

Línea Manchester-Liverpool: Primer túnel para ferrocarril

1.842

Túnel Thaínes en Inglaterra, para desvío del río.

1 .857 al1 .871

Italia-Francia: túnel Mont Cenis para ferrocarril. Se

150 mt.

67x

127 km.

8,0 x 7,5

8,0 x 7A

11,3

introduce perforación hidráulica y se usa por primera vez la dinamita creada por Nobel en 1864. 1.872 al 1.881

Francia: Túneel Saint Gotthard

15,0 km.

1.918 al 1.934

Japón: Túnel Tanna.

7,8 km.

8A x 5,3

1.924 al 1.927

E.E.U.U., Túñel New Cascade

12,4 km.

44,9 x 7,3

1.959 al 1.965

Francia: Túnel Mont Blanc

127km.

9,0 x 12,5

1.964 al 1.983

Japón: Túnel Seikan

53,8 km.

5,0 x 4,2

1.968 al 1.974

Africa del Sur: Túnel Orange Fish

82,5 km.

Ll = 5A m.

1.988

Japón: Túnel Principal Seikan

1.988 al 1.992

Inglaterra-Francia: Túnel del Canal de la Mancha.

50,0 km

(3)

16 - CONSTRUCCION

(23A

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

km. Bajo el agua)

1.- CONSTRUCCION DE TUNELES.

17

18

1.- CONSTRUCCIONDETUNELES

1.1.- Definiciones. El presente trabajo se centrará en describir las metodologías más usadas en 'a construcción de túneles, orientadas, principalmente al trabajo minero, indicando las variables que intervienen en cada una de las operaciones unitarias. Túneles. Corresponde a una labor horizontal o casi horizontal con inclinación de un 3% o 4% generalmente de 0,5% a 1%, que permite el escurrimiento natural de las aguas provenientes de los trabajos de perforación y de las filtraciones eventuales del terreno, en el cual se realiza la construcción. Normalmente se define como túnel, cuando existe salida a superficie por ambos extremos de la excavación. Entre los túneles carreteros más conocidos en nuestro país podemos mencionar: Túnel lo Prado que participa en 'a Ruta 68 que une Santiago y Valparaíso y el Túnel Melón ubicado en la cuesta del mismo nombre, en la Ruta 5 Carretera Panamericana Norte y que nos permite acceder hacia el norte de nuestro país. Socavón. Corresponde a una labor con las mismas características que los túneles, pero que cuentan con una sola salida a superficie. Estetipo de labores es muy utilizada en minería, por ejemplo, en yacimientos que por su geometría es necesario accesarlos por medio de socavones horizontales ubicados a diferente cota, haciendo posible su explotación y remoción de la roca a superficie. Galería. Corresponde a una labor construida al interior de una mina que se inicia a partir de un socavón principal, y que cumple funciones en la etapa de exploración o explotación de un yacimiento minero. Por ejemplo en las etapas de exploración es frecuente realizar galerías de reconocimiento que nos permitan conocer la longitud del cuerpo mineralizado estudiado o que nos permitan llegar a puntos estratégicos donde se pueda ubicar un equipo de sondajes y proseguir con las exploraciones. En la etapa de explotación de minas las galerías juegan un papel fundamental, actuando como galerías de transporte intermedio o principal, galerías de perforación en Block Caving, galería base en una explotación por el método Shrinkage y en una gran cantidad de alternativas. Estocada. Es una labor horizontal o casi horizontal que se inicia a partir de una galería interior mina, que es normalmente ciega! de corto desarrollo, y que cumple habitualmente funciones de servicio. Rampas. Son labores similares a las galerías, pero con una inclinación positiva o negativa sobre un 5% que permite servir de entrada principal a una mina accesando a los diferentes niveles de trabajo, que están a. distintas cotas. Entre las rampas más importantes actualmente en operación en nuestro país, podemos nombrar: ElSocavón Rampa de Sociedad Minera Punta del Cobre con una sección de 5,5 mt. de ancho y 4,5 mt. de alto y permite acceder a la mina y realizar la extracciÓn de toda la producción de minerales de cobre. Otro ejemplo interesante es la Rampa Inca en la mina ElSalvador, en la Tercera Región del país, que permite acceder en forma expedita a los diferentes sectores de la mina: sectores Inca Oeste, Inca Norte e Inca Central. De todas formas este tipo de labores se ha transformado en una solución muy conveniente para acceder a diferentes cotas, frente a la alternativa de construcción de un pique principalmente por: .. Tiene mayor Rexibilidaden absorber aumentos de producción frente a un pique, en algunas oportunidades, solo el aumento de unidades de perforación, carguío y transporte permite aumentar la extracción de minerales.

TUNElES - 1 9

*

*

Permite una evacuación mas expedita que un pique ante una situación de emergencia. En una rampa, solo el reemplazo de una unidad de transporte permite mantener el nivel de extracción,

en forma mas rápida, que reemplazar el equipo de extracción de un pique. De todas maneras la adopción de un sistema de rampa o pique dependerá del análisis técnico económico del proyecto específico. En todos estos tipos de labores descritos, el método constructivo estará condicionado a las variables de diseño y a la estrategia de construcción que se elija. 1.2.- Métodos de Construcción de Túneles.

Dependiendo construcción.

de las características

de diseño de un túnel se tendrán diferentes y variados

métodos para su

1.2.1.- Variables de Diseño. Corresponden a los diferentes aspectos geométricos, geomecánicos y ambientales que nos determinan la metodología constructiva a adoptar, y que son principalmente:

sección o área útil del

túnel, longitud, inclinación o pendiente, tipo y calidad de la roca a ser excavada, existencia de aguas y altitud. Sección. Nos determinará el tamaño de los equipos de perforación, carguío, transporte, ventilación y además nosdefinirá la estrategia de operación a utilizar. Longitud. Nos determinará la estrategia de carguío y transporte de la roca fragmentada a superficie. Esta variable, combinada con la sección del túnel jugará un papel importantísimo en la elección de los equipos de construcción a utilizar. A menor sección de túnel, mayores serán las restricciones que se tendrán en poder incorporar grandes cantidades de aire fresco para lograr un ambiente adecuado trabajo para el personal, por el mayor diámetro de los ductos de ventilación que se necesitarán. Conjuntamente a esto, a mayores longitudes el manejo de los gases provenientes de la tronadura se hará cada vez más difícil, por la restricción de espacio y la distancia de recorrido para evacuar a superficie, el aire contaminado. En estos casos específicos tendremos que buscar soluciones con equipamiento

y explosivos

que sea menos

contaminantes. La energía neumática y la eléctrica es considerablemente menos contaminante que la generación de energía por medio de motores diésel.

Inclinación o Pendiente. Nos determinará la necesidad de construir estaciones de drenajes e instalar el equipamiento adecuado para evacuar las aguas provenientes de la perforación y las filtraciones naturales propias del terreno. Además definirá la necesidad de construir cunetas para evacuación por gravedad o la instalación de

.

tuberías para la evacuación forzada.

Cé:didad de la Roca. Esta variable es de vital importancia tenerla bien definida en la etapa de diseño del túnel. Nos determinará El conocimiento

la necesidad

de colocar

sostenimientos

de un pérfil geológico-estructural

el tipo de terreno por donde se hará /0 construcción tipos de sostenimientos

20

- CONSTRUCClON

más adecuados.

DE TUNElES, PIQUES y CHIMENEAS

al túnel y que tipo de los m.ismos.

por el eje del túnel nos permitirá visualizar con lo cual podremos

definir

con anticipación

en el desarrollo

del túnel, los

Existenciade Aguas. Conjuntamente con la pendiente del túnel, nos revelará la necesidad de tener estaciones de evacuación de las aguas yola

vez nos determinará realizar operaciones especiales de sostenimientos como

impermeabilizaciones de las paredes y techo del túnel, por ejemplo. Altitud. Esta condición ambiental, nos definirá la necesidad de corregir la potencia de los motores de los equipos elegidos por el menor rendimiento de operación que presentan a medida que trabajan a una cota mayor sobre el nivel del mar. Resumiendo, la combinación de estas variables de diseño de túneles con las características de disposición del proyecto de túneles específico, nos indicarán el método constructivo y la estrategia de operación a elegir.

1.2.2.- Métodos de Construcción. Dependiendo de las variables de diseño y la estrategia de operación, se podrán identificar los métodos de construcción manuales, mecanizados y especiales. En todos los proyectos de túneles participarán siempre una combinación de estos métodos dependiendo de la metodología adoptada. Métodos Manuales: Referido principalmente a las operaciones de perforación y tronadura si son realizadas con el aporte de energía manual para su realización.Por ejemplo: perforación manual con jack-Ieg y carguío manual del explosivo. Métodos Mecanizados: Referidos al uso de equipos en que 'a participación del hombre es solo de operación de un sistema con energía propia de cualquier tipo. Por ejemplo: Perforación con Jumbo Electrohidráulico y Carguío de Anfo mecanizado. Métodos

Especiales:Preferentemente referido a los métodos en que el aporte del hombre es solo de

operación y no se contempla el uso de explosivos para fragmentar la roca. En esta clasificación consideraremos los métodos de corte y cizalle. Por Ejemplo: Uso de Tunnel Boring Machine (lB.M.) en un túnel de gran diámetro y longitud.

A continuación de Túneles:

se presentan

las alternativas

para las diferentes Operaciones

Unitarias

en la Construcción

Alternativas según Operación Unitaria y Tipo de Energía Op.Unitaria

Manual

Perforación

P1

P2

Tronadura

T1

T2

Carguío

C1

C2

C3

Extracción

El

E2

E3

Man/Neumática

ElectroDiesel Hidr.

Utilizando la clasificación realizada anteriormente podemos intentar hacer una aproximación relacionando las operaciones unitarias en la construcción de túneles y las diferentes metodologías usadas para algunos rangos de secciones y longitudes más frecuentes.

TUNELES - 21

LONGITUD

DEL TUNEL

SECCION 200 al. 000 m

Hasta 200 m

1.000 a 10.000 m

Hasta 6,25 m2

PlT1 C3E3

PlT1 C2E2

6,25 a 9 m2

PlT1 C3E3

PlT1 C2E3

P1TlC2E3

9 m2 a 49 m2

P2T2C3E3

P2T2C3E3

P2T2C3E3

Mayor que 49 m2

P2T2C3E3

P2T2C3E3

Sobre 10.000 m

Métodos Especiales

En todo caso esta presentación no tiene carácter absoluto, pudiéndose dar la combinación de uno o más sistemas.

A continuación se entregarialgunos ejemplos de metodologías utilizadas en casos frecuentesde construcción de túneles y galerías mineras y civiles.

a) Galería de 2,0 x 2,0 mt. o 2,5 x 2,5 mt. y longitudde 200 mt. Perforación Tronadura

neumática con perforadora jack-Ieg. manual.

Carguío

manual a carro decauville. pala neumática a carro decauville o con scoop de 1 o 2 yd3

Extracción

.

carros decauville a.superficie scoop de 1 o 2 yd3 a superficie.

b) Galería de 2,0 x 2,0 mt. o 2,5 x 2,5 mt. y longitud de 1.000 mt. Perforación Tronadura Carguío Extracción

manual con perforadora jack leg manual

.

manual o mecanizada con pala neumática a carro decauville. locomotora eléctrica a batería.

c)Galería de 5,0 x 5,0 mts y longitud de 200 mts. Perforación Tronadura

22

- CONSTRUCClON

mecanizada con jumbo electrohidráulico. mecanizada con cargador de anfo tipo jet-anol.

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

Carguío Extracción

scoop de 5 yd3 a superficie scoop a superficie.

dI Galería de 5,0 x 5,0 mts. y longitud de 1.000 mts. Perforación

mecanizada con iumbo electrohidraúlico.

Carguío Tronadura

scoop de 5 yd3 a estocada de carguío.

Extracción

mecanizada con jet-anol. camión bajo perfil desde estocada de carguío a superficie.

Como podemos apreciar cada proyecto de construcción de túneles tendrá sus características propias y será nuestra misión la elección del método constructivo y la estrategia de operación. 1.3.- Operaciones Unitarias en Construcciónde Túneles. Corresponden a las actividades secuencia les que es necesario analizar y resolver para llevar a cabo un proyecto de construcción de túneles y son: Perforación: Nos definirá el sistema de perforación a utilizar, manual con Jack-Leg o mecanizada con equipo electrohidráulico y todas las características inherentes al tema, como el diseño mismo del diagrama de perforación. Tronadura:Definición del tipo de explosivos a usar conforme al diagrama de perforación utilizado, el tipo de roca que se tenga en el proyecto específico y las cargas de explosivos más adecuadas. Carguío: Definición del sistema de carguío a utilizar, dependiendo de las variables de diseño tales como. Sección, longitud e inclinación del túnel. Frecuentemente se utilizan, equipos como palas neumáticas sobre rieles o cargadoras de mina de bajo perfil, cargando a carros mineros, para secciones de hasta 9 m2y desarrollos sobre 600 mt. de túnel y cargadoras de mina de mayor tamaño cargando a unidades de transporte independientes, como camiones. Extracción o remoción de la roca: Definición del sistema de extracción de la roca proveniente de las tronaduras. Dependerá de las variables de diseño tales como: sección, longitud e inclinación del túnel. Servicios: En este punto se agrupan todas aquellas actividades adicionales que es necesario diseñar, resolver e implementar, tales como: generación y transmisión de aire comprimido, agua y energía eléctrica e instalaciones de los sistemas de drenaje y ventilación. 1.4.- Perforación. 1.4.1.- PerforaciónManual. Corresponde al tipo de perforación realizada con máquinas livianas de accionamiento neumático, de 30 a 40 kg. Su funcionamiento es en base a la.energía proporcionada por el aire comprimido cuya eficiencia es de un 20 % aproximadamente. Su uso es principalmente para secciones de túnel de hasta 9 m2 . Dependiendo de la dureza de la roca y sus condiciones estructuralestendremos los siguientes rangos de velocidad de perforación neta: Rocas duras Rocas medias

0,10 a 0,15 mt./min. 0,15 a 0,25 mt./min.

Rocas blandas

0,25 a 0,35 mt./min.

TUNELES - 23

Existe una gran variedad de máquinas perforadoras cuyos valores de inversión van desde US$ 1.500 a US$ 4.500 dependiendo de la marca, modelo y procedencia. Entre los modelos más usados en la construcción de túneles de sección menor tenemos:

SECO

Modelo S-250

MaqChin Holman

Modelo YT-27

Atlas Copco

Modelo BBC 17 W

Modelo S-303

En todo caso para aplicaciones generales, en el estudio de un proyecto de túneles de sección menor podemos considerar para las máquinas perforadoras manuales una vida útil entre 9.000 y 12.000 mt. de perforación, exceptuando las máquinas de procedencia china, que están diseñadas para una vida útil de 4.000 a 6.000 mt. de perforación, aproximadamente.

J.4.2~-Aceros de PerforaciónManual. Corresponden a las barrenas integrales confeccionadas de aceros especiales de perfil tiexagonal, tratados térmicamente y que tienen una inserción de carburo de tungsteno en uno de sus extremos que actúa como elemento cortante de la roca. El tratamiento térmico aplicado a estos aceros permite combinar armónicamente características tales como: rigidez, resistencia a la fatiga, tenacidad y dureza. Las barrenas integrales más usadas se muestran en la tabla siguiente:

TIPOSDEBARRENAS INTEGRALES

SERIE 12

0,80 ..

1,60

2,40

3,20

4,00

Diámetro (mms)

40

39

38

37

36

SERIE17

0,60

1,20

1,80

2,40

Diámetro (mms)

41

40

39

38

La vida útil de una barrena integral va a depender de la dureza de la roca, su abrasividad, el estado mecánico de la maquina perforadora, el correcto afilado del elemento cortante y la destreza del perforista, para evitar "trancaduras" en la operación.

.

Conforme a lo anterior, podemos indicar que una barrena tendrá una vida útil, frecuente, entre 100 Y 300 mt. de perforación y deberá ser afilada cada 40 mt. de perforación. De todas maneras, podrán existir situaciones especialesque se salen de los rangos entregados: Por Ej. EnMina Sauce, Cabildo, se hizo un seguimiento muy controlado de una barrena integrallográndose

una vida útil de ese elemento de alrededor de 800 mts. Por

otra parte perforando las galerías de la Central Hidroeléctrica Pehuenche en una roca tipo granodiorita fresca sin ninguna alteración, se lograban vidas útiles de las barrenas de solo 75 mt.

24 - CONSTRUCClONDETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

La vida útil de las barrenas dependerá de las condiciones indicadas anteriormente, acompañada de la calidad misma del elemento de perforación. 1.4.3.- Perforación Mecanizada.Hablaremos

de Perforación

Mecanizada

cuando se realiza

usando máquinas perforadoras

de

accionamiento diesel o electrohidráulico, con lo que se puede alcanzar niveles de aprovechamiento de la energía muy superiores al de la perforación accionada por medio de aire comprimido. La eficiencia en el aprovechamiento de la energía alcanza a alrededor de un 60%. En el esquema a continuación se resume el mecanismo de funcionamiento básico de la perforación mecanizada.

ESQUEMADEFUNCIONAMIENTO

I

Motor Eléctrico

~

Bombas Hidráulicas

.

Accionamiento Perforadora

La velocidad de perforación que se puede alcanzar con este sistema va desde 0,80 mt/min a 2,00 mt/min dependiendo de las características estructurales de la roca a perforar. En general podemos indicar que la perforación diesel o electrohidráulica es ampliamente usada en la construcción de túneles siendo su utilización más frecuente para secciones iguales o mayores a 9 m2y hasta 49 m2. Para secciones mayores de construcción, se usarán normalmente sistemas que combinan la perforación diesel o electrohidráulica de túneles con perforación de banqueo neumática o hidráulica.

1.4.4.-Equiposde PerforaciónMecanizada. Corresponden a los llamados Jumbos de Perforación Electrohidráulicos y consisten principalmente en: Chassis o carrier: Estructura perfilada metálica donde se monta todo el sistema de funcionamiento y traslación del equipo. Brazos de Perforación: Elementos metálicos donde van montadas las perforadoras y que accionados por pistones hidráulicos permiten el posicionamiento y direccionamiento de las perforadoras para realizar el diagrama de disparo. Además;permite el avance de la perforadora a medida que realiza la perforación. Enel mercado encontraremosmodelosde jumbosde 1,2, 3 o 4 brazos,y nuestratarea serárealizar una adecuada eleccióndel equipo a utilizar en la construcciónde un túnelque dependerá de la seccióndel túnely la autonomía seccional

del equipo al perforar un diagrama de disparos, completo, sin cambios de posición del equipo. Sistema de Potencia:Consiste principalmente en los motores eléctricos que permiten el funcionamiento de las bombas hidráulicas que accionan las perforadoras. Dependiendo el tipo y modelo del equipo. Normalmente la potencia de los "motores eléctricos varía de 30 a 60 KW y la presión del sistema del mecanismo de impacto varía de 150 a 250 bar, dependiendo del tipo, marca y modelo del equipo considerado. Perforadoras Hidráulicas:Existendiversos modelos según el fabricante se trate. Lasmáquinas perforadoras rñás usadas son:

cap 1238de Atlas

Copco, Hydrastar-200 o 300 de Secoma y las Serie 500 de Tamrock.

Algunos parámetrosde funcionamiento: Máxima Potenciade impacto: 15 KW Indicede impacto

40 - 60 TUNELES- 25 ,

Consumo de agua Velocidad de rotación

1,100 1,50 litros/seg.. por equipo 250 a 350 RPM

Peso de la perforadora Nivel de ruido

140 A 180 kg. 100 a 120 dB

1.4.5.- Aceros de Perforación para EquiposMecanizados. Son confeccionados en aceros especiales y su vida útil dependerá de la dureza de roca, su abrasividad, habilidad del operador del jumbo, estado mecánico de la perforadora hidráulica y las condiciones estructurales de la roca a perforar. Podemos indicar a continuación algunos rangos de vida útil de los aceros, siendo pertinente estimar cada caso en particular por las condiciones cambiantes para diferentes tipos de terreno a perforar. Vida Util ( mts.)

Bit Culatín Barras

100 a 400 a 400 a 400 a 150 a 300 a

Coplas CoronaEscareadora Adaptador Piloto

350 1.000 1.000 1.000 300 500

Losaceros de deben resistir altas velocidades de perforación por lo que tienen que cumplir las siguientes ca racterí sti cas:

Rigidez: Para

reducir al mínimo las pérdidas

de energía,

y mejorar

el alineamiento

de los tiros.

Resistenciaa la Fatiga: Para soportar los esfuerzos a la tracción y compresión. . Tenacidad: Tenacidad en el acero para evitar que se rompa cuando está sometido a altos esfuerzos de tracción yen el inserto de carburo cementado para resistir esfuerzos a la tracción y compresión. Dureza: Resistencia al desgaste en el acero para asegurar una larga duración en las barras y en el carburo cementado para perforar ~n roca dura con elevada fuerza de impacto, alrededor de 15 10N. En el gránco que se muestra podemos apreciar que estascaracterísticasno son del todo compatibles:a mayor resistenciaal desgaste,menor es la tenacidad del acero de perforación, y viceversa.Entodo caso cada fabricante deberá encontrar la mejor combinación y será nuestra misión, la adecuada elección de los aceros de perforación.

Resistencia

al

Desgaste Carburo

Clase 40

Carburo Clase 42

Carburo

Clase 11

Tenacidad

26

- CONSTRUCClONDETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

.

En general los siguientes son las rangos del diámetro de perforación en la construcción de túneles, para diferentes rangos de secciones..

Integrales

Aceros Mecanizados

Aceros Mecanizados

0 : 27 a 40 mm

0 : 35 a 45 mm

0 : 38 a 51 mm

30 m2

Sistema Manual

Sistema Mecanizado

Sistema Mecanizado

Barrenas

o 1.5.- Tronadura.En el último tiempo el desarrollo de las técnicas en la construcción de túneles ha sido inmenso y entre esos la incorporación de la energía electrohidráulica, el desarrollo de los explosivos y su carguío mecanizado han acortado los ciclos de construcción de túneles lo que ha permitido enfrentar proyectos de construcción en plazos menores que antaño. Como vimos en el capítulo anterior tendremos las siguientes opciones de confeccionar un diagrama de disparos: perforación manual usando máquinas livianas tipo Jack-Leg y perforación mecanizada, utilizando jumbos electrohidráuicos.. Estudiaremos para cada caso los diferentes diagramas de perforación y cargas explosivas. 1.5.1.- Nomenclatura de Tiros.La principal diferencia entre una tronadura realizada para el avance de un túnel y una tronadura realizada a cielo abierto, és que en la tronadura en un túnel se tendrá siempre una cara libre, mientras que en la tronadura a cielo abierto siempre se tendrán dos o más caras libres. En la excavación de túneles la roca estará "más apretada", más restringida de ser quebrada a no ser que formemos la segunda cara libre y así toda la tronadura se asemejará a una tronadura a cielo abierto con dos caras libres. Después que este primer corte esté realizado, los restantes tiros del diagrama de disparo actuarán contra dos caras libres, pero con las siguientes dif~rencias a una tronadura a cielo abierto: * Mayor

carga específica de explosivos

* Mayor desviación de los tiros * Mejor fragmentación , La sobrecarga de explosivos no tiene el mismo efecto desastroso que en una tronadura a cielo abierto. Así, para la construcción de túneles, es vital diseñar el diagrama de perforación del primer corte o segunda cara libre de excavación del túnel. Estegrupo de tiros se denomina Rainura. TUNElES -27

.

El restode lostirostendrán el nombre conformea suubicación en el diagrama de disparos, así sepodrán dentificar: Tiros de techo o coronas

Tiros de descarga Tiros de contorno o cajas Tiros de piso o zapateras Tiros de corte inicial o rainuras.

Tiros de techo 8

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8

8 8

8

8

8

8

8

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Tiros de descarga

8

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8

8

8

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Tiros laterales +---

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8

Rainura

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Tiros de piso

1.5.2.- Tipos de Rainuras.Definiremos como Rainura, la forma de crear un espacio central, o no central, en la tronadura de un túnel, que permita que el resto de los tiros del disparo actúen contra dos caras libres. Analizaremos los tipos de rainuras más usados en la construcción de túneles.

Rainuras en diferentes posiciones

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28

- CONSTRUCClON

.

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

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Rainuras tipo Abanico. En este caso, se perforan los tiros de la rainura a partir de una misma orientación, pretendiendo la salida de los mismos a partir de la creación de una primera cara libre, con el primer tiro en el extremo de la galería. Esta rainura tiene la limitación en que se restringe el espacio para la acción del equipo de perforación y el operador, a medida que nos acercamos a la ejecución de los tiros centrales. Este tipo de rainura no es utilizada frecuentemente en construcción de túneles, por su dificultad de espacio para ubicar el equipo de perforación y por la baja efectividad del disparo expresada en el avance de la galería logrado versus el volúmen de perforación realizado. Se usa frecuentemente para la realización de tronaduras de desquinches, usando sistemas de perforación manual o mecanizado.Rainura tipo Abanico -, -, - ,-,

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20 10 O 2

40 30

60 80 sO 70

40

60 80

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Frente de la galería

Vista de planta -'- -- -,

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Rainuras Piramidales Corresponden a las rainuras en la cual se perforan 4 tiros que concurren a un mismo punto central y que mediante la tronadura se logra un hoyo central o segunda cara libre que facilita la salida del resto de los tiros en un disparo de avance de galerías, Este tipo de rainuras es muy eficiente pero cuenta con la dificultad de mecanizar por la posición de los tiros. Además su eficiencia es restrictiva a lograr una buena geometría posicional al perforar los tiros, Cualquiera desviación importante de los tiros puede provocar un resultado no esperado de la tronadura. Rainura Piramidal

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TUNELES - 29

Rainuras en cuña o en V. Esuno de lostiposde rainuras mas utilizadosen la construcciónde lúnelesusando elsistemade perforaciónmanual. Para este tipo de rainuras se necesitará un ancho mínimo de la galería para acomodar el equipo de perforación y el operador. Por otra parte podemos indicar que el avance por disparo aumentará con el ancho de la galería y tener avances cercanos al 75 % del ancho de la galería será aceptable. Elángulo de corte no deberá ser menor que 602. A menor ángulo de corte, mayor es la concentración de la carga explosiva de los tiros. El diagrama normal de corte en estas rainuras es de 2 Vs, pero, en diagramas de mayor profundidad, pueden ser triples o cuádruples Ys. Un esquema común de rainuras en Y es el que se presenta a continuación. Rainuras en cuña o en V ~

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Frente de la galería

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2,0 mt.

3

2

Profundidad de perforación Espaciamiento tiros 1 Espaciamiento tiros 2 Espaciamiento tiros 3

1

2

3

2,0 mt. 3,0 mt. 5,4 mt. 7,2 mt.

PIQUES. 87

Tipos de Diagramas de Perforación en Piques Rectangulares a) Pique de 2,0 x 1,5 mt. con diagrama piramidal

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1,5 mt

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2,0 mt.

Il;mt b) Pique de 3,0 x 2,0 mt. con diagrama de banqueo por etapas

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2,0 mt.

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1,6

88

- CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

m"

2.9.3.- Carguío en Piques. El carguío del material

proveniente

de excavación

Los métodos que existen para realizar

de un pique.

de las tronaduras

es una de las operaciones esta operación

más influyentes en el ciclo los podemos

clasificar

en

métodos manuales y métodos mecanizados.

2.9.3.1.- Método Manual. Comprende la realización del carguío del material de roca proveniente de la tronadura con personal y herramientas al. balde de marinas. Este método es utilizado en secciones menores de piques donde la posibilidad de utilizar algún equipo cargador es limitada por razones de espacio. Normalmente el carguío manual se realiza en seccionesdel pique de hasta 2,5 x 2,5 mts.y en piques de poca profundidad. De todas formas en un método que conlleva mayores riesgos al personal y de baja productividad. 2.9.3.2.- Métodos Mecanizados de Carguío.

Corresponden a métodos de carguío del material de rocas provenientesde las tronaduras realizados con equipos especialmentediseñadospara cargar el balde de marinas,y que sonaccionados por aire comprimido y energía eléctricao hidráulica y son accionados por un operador que esta normalmente ubicado en la plataforma de trabajo. Los métodos de carguío de marinas de piques más usados son: a) Clamshell.

Corresponde a una unidad de carguío accionada por aire comprimido y que opera suspendida de la plataforma de trabajo y es accionada por un huinche neumático en las fases de tomar la roca fragmentada desde el fondo del pique, levantarla y colocarla dentro del balde de marina. La cuchara de carguío es de 3 partes y se abre y cierra por medio de pistones neumáticos.

.

El Clamshell es usado habitualmente en la etapa de construcción del collar del pique, suspendido de la pluma de un camión grúa lo que le da el movimiento radial para alcanzar todos los sectores de la sección del pique. En la etapa de profundización del pique, el Clamshell puede se usado suspendido de un Cargador Riddell, que estará montado en un riel horizontal ubicado en la Plataforma de Trabajo y que permite su desplazamiento horizontal. En este caso la apertura y cierre de la cuchara del Clamshell será por accionamiento de cables. La utilización del Clamshell es preferentemente en piques de sección rectangular y su autonomía será coherente con el ancho del pique. La capacidad de la cuchara del Clamshell es de 0,3 a 0,5 m3 y su rendimiento es de 25 a 35 tons/hora. b) Cactus Grab o Cascara de Naranja. Consiste en una unidad de huinche, accionado eléctrica mente, montado bajo la plataforma de trabajo y sobre una viga que suspende al Grab.

.

La viga donde está montada la unidad de huinche, tiene un movimiento radial por lo que permite que el Grab llegue a todos los sectores del pique. Un arreglo de poleas permite que el cable de suspensión de la cuchara Grab realice las operaciones de subir y bajar la unidad de carguío y la viga pivoteada en el centro del a plataforma permite el movimiento radial de la cuchara Grab.

PIQUES - 89

La cuchara Grab es de dos partes y su apertura y cierre se realiza por medio de un pistón de empuje accionado por aire comprimido. El tamaño de la cuchara Grab es de 0,40 a 0,85 m3 y su rendimiento dependerá de la calidad de la roca y de la sección del pique. e) Carguío eon Pala Neumática.

Consiste fundamentalmente en bajar al fondo del pique una pala neumática montada sobre orugas y realizar el carguío del balde de marina. La pala es operada por un operador y finalizada la operación de carguío en el ciclo de trabajo, la pala es alzada y colocada en la plataforma de trabajo, en espera del nuevo ciclo de carguío. El tamaño de la pala debe ser coherente con el área del pique, para contar con el espacio suficiente para las maniobras propias de la operación de carguío. Uno de los equipos usados en carguío de piques es el modelo Eimco 630, el cual necesita un espacio de a lo menos 4,8 mt. para una operación eficiente y no es práctico para el trabajo en piques inclinados. Su operación es más eficiente en rocas de buena calidad, decayendo, su rendimiento con roca de mala calidad y presencia de agua. La capacidad de la cuchara de esta pala neumática es de 0,25 m3 y su rendimiento neto es de unas 50 ton./hora. d) Cryderman.-

Consiste fundamentalmente en equipo de carguío diseñado bajo el mismo concepto que el clamshell, con la salvedad que los cables de operación se han reemplazados por cilindros neumáticos que le proporcionan una gran autonomía de operación en cualquier sección de excavación de pique. La cuchara está formada por dos partes similares y la operación de apertura y cierre se realiza por medio de dos cilindros accionados por aire comprimido ubicados uno en cada parte. La posición del equipo en cualquier punto de carguío, en el área del pique, se realiza mediante un cilindro c~ntral retractil que permite el acercamiento o alejamiento de la cuchara al punto de carguío

.

En la operación de tronadura, el equipo es izado, por medio del cilindro retráctil, dentro de la plataforma de trabajo al espacio, que en la operación de carguío, lo ocupa el operador del equipo. El Cryderman no se limita, como el Riddell, solo a piques rectangulares, sino que es Rosible-su utilización a cualquier tipo de sección. El rendimiento del Cryderman variará de acuerdo al modelo que se trate. En la tabla siguiente se muestran los tipos de Cryderman existentes y sus rendimientos referenciales.

Tipos de Cryderman

Descripción

Unidad

Betsy

Modelos Herman

Brutus

Capacidad del Balde

m3

0,143

0,287

0,573

0,57-0,85

1,13-1,42

1,84-2,27

Rendimiento

El Cryderman

m3/min

es el sistema de carguío más usado en la construcción

mente por su versatilidad

de adaptarse

a cualquier sección de carguío,

En las figuras siguientes se muestran cróquis de los diferentes construcción

90

de piques.

- CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

de piques en la actualidad,

su rendimiento

y su seguridad

métodos de carguío

principal-

de operación

que se pueden usar en la

RECU13RllilENTO P.WED DEL PIQlfE., DE HORMIGON

,;

:

.,

CAfITRIA DE AIRF (ALVENIUS 4 ~\ CAÑERIAS DE AGUA PERFORACION y DRENAJE.

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ESTAlIQUE DRENAJE. BOME:::O.

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MANIFOLD AIRE 'l'

'l.'INCHE DE AIRE PARA SERVICI&S CABLE HUINCHE.. NEUHATICO DE SERVICIOS.

.

'1 "

CLAMSHELL NEUMATICO CroN CILINDRO NEU~ICO

BALDE

PIQUES - 91

Distribución del CargadorRiddellen la Excavacióndel Pique

Planta de la carGadora Wl 1,1arco d'31 enmaderado

en

Pala.

ltUD=U

Vista frontal carGadora

m

"Q

Detalle

de la

zt:;:;:TI

del

lJrotección

e u..r¡sado r a HIDDELL

92

- CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

~

marco

de

Distribución del Cactus Grab en la Excavación del Pique

DUCTO DECONCRETO i

t m

i. ~

BALDE

REDDE AGUA DUCTO DE VENTllACION DE 42"

REDDEAIRE CABLEDE PlATAFORMA

MOLDAJES

PlATAFORMA'

LlNEADE CONCRETO

ANillO DE RETENCION

CACTUS GRAB

PERNOS DE FORTIFICACION

PIQUES - 93

Elementos de un Cactus Grab

HJUINCHE DEL

MOVIMIENTO VERTICAL

'\

-

"

- - - - - - - - - - - - '\A-'\ - - - - - - - --

t

CARRODEMOVIMIENTO RADIAL

CABINA DEL OPERADOR

CUCHARACACTUS

94 - CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

Distribución del Cryderman en la Excavación del Pique

-.-:

--.----

. -....

PIQUES - 95

2.10.- Drenaje del Pique la presencia de aguas de infiltraciones naturales del terreno y el agua producto de la perforación será una dificultad en el ciclo e construcción que será necesario resolver. Una modalidad es la construcción de Estaciones de Bombeo cada una cierta distancia vertical constante en el pique, colocando estanques o piscinas de traspasos del caudal de agua hacia superficie. El drenaje se realiza desde el fondo del pique hasta la primera estación, normalmente con bombas neumáticas sumergibles, en ese punto se cuenta con un estanque regulador y separador de sólidos alimentando una bomba centrífuga de etapas. las- estaciones de bombeo en proyectos conocidos están construidas cada 40 a 60 mt. y son de una sección de 2 x 2 x 3 mt. y normalmente el sistema se diseña con una capacidad del doble del caudal de infiltración esperado, para lograr estabilizaciones rápidas en casos de cortes de energía o imprevistosde aumento de caudal. En la figura siguiente se muestra un diseño típico de una Estación de Bombeo de pique.

Vista de Planta Pique

Estanque

Galeria de 3 x 3 ml. Balde de extracción

largo de la galería: A diseñar conforme a las necesidades de almacenamiento de agua y capacidad de los sistemas de bombeo.

2.11.- Fortificación del Pique. El tipo de fortificación a utilizar en la construcción de un pique dependerá de la calidad geomecánica de la roca a excavar, la presencia de fallas y estructuras geológicas y la presencia de aguas de infiltración. Para facilitar el conocimiento de la roca a excavar en un pique, siempre será conveniente realizar un sondaje geotécnico por el centro del pique, el cual nos entregará la información de al calidad estructural en todo el desarrollo del pique. los tipos de fortificación serán algunos de los descritos ampliamente en el Capitulo: Fortificación, pero sin embargo es importante mencionar dos aspectos globales en la fortificación de piques. 96

- CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

a) Fortificación temporal del pique.

Corresponde al sostenimiento que es necesario realizar en las paredes del pique enla etapa de construcción y generalmente en piques de calidad de roca buena a media pasa por la colocación de uno o combinación de algunos de los siguientes tipos de fortificación:

Pernos de Anclaje, Malla de sostenimiento y Hormigón Proyecta-

do en una o varias capas. b) Fortificación permanente del pique. Corresponde a aquel tipo de sostenimiento que se coloca posterior al temporal y que es normalmente es una capa de hormigón de lOa 20 cms. de espesor. Estetipo de sostenimiento se realiza conjuntamente con la excavación del pique para lo cual es necesario colocar cada 3 mt. anillos de sujección para los moldajes, también llamados Curb Ring, y el hormigón es transportado por gravedad desde superficie a través de cañerías de acero de 4" a 6" de diámetro hasta a concretar.

la zona

Una vez que el hormigón ha fraguado y también ha alcanzado la resistencia de diseño, se procede al retiro de los moldajes.

I

Habitualmente los piques construidos con revestimiento continuo de hormigón corresponden a piques de producción.

.

2.11.1.- Impermeabilización

.

Cuando la presencia de agua es importante en el frente de perforación y no es posible agotar la presencia de aguas emergentes, es posible controlar la salida de aguas emergentes del frente a perforar mediante inyecciones de lechada de cemento. El procedimiento a seguir es el siguiente: a) Realizar perforaciones avanzadas al frente de trabajo en forma de abanicos cubriendo a lo menos 4 mts. de avance. b) Inyectar por la perforación realizada una lechada de cemento con una relación de agua a cemento de 0)5 a 0,45, con aceleradores de fraguado y con microsílice para aumentar la condición aglomerante del cemento. Esta operación nos permitirá aumentar la probabilidad

de encontrar un frente de perforación con una

presencia de agua manejable con el desarrollo de la excavación. Estasinyecciones de lechada de cemento nos aumentarán el ciclo de trabajo, disminuyendo el rendimiento global de la excavación.

PIQUES - 97

2.12.- Algunos piques importantes construidos en Chile en los últimos años.

OBJETIVO

PIQUE

PROFUNDIDAD

TIPO DE SECCION

SECClON

(mts.)

Mansa Mina

Exploración

315

Circular

D= 3,6 mts.

Codelco-Chuquicamata Faride

Exploración

125

Cuadrada

3,0 x 2,0 mts.

Exploración

160

Cuadrada

4,1 x 3,8 mts.

Exploración

275

Circular

D= 3,6 mts.

Minera El Bronce Rosario Doña Inés de Collahuasi Ujina Doña Inés de Collahuasi

Como se puede apreciar no es muy habitual la construcción de piques. En varios proyectos de explotación de yacimientos profundos se ha adoptado el acceso principal por medio de rampas inclinadas por la mayor flexibilidad y facilidad que se logra en las labores de extracción. La construcción de piques, en nuestro país se ha limitado en el último tiempo para fines de exploratorios. En la tabla siguiente se puede apreciar los diferentes tipos de sostenimientos y. revestimientos usados en los piques anteriormente mencionados.

PROFUNDIDAD

MANSA

MINA

FARIDE

UJINA

ROSARIO

(mt.) O 50

98

Concreto

Concreto

Concreto

Concreto

Concreto

Eventual

Marcos de madera

Perno, mala y shotcrete

Marcos de madera

Perno, malla y shotcrete

100

Perno y malla

150

Perno y malla

200

Perno, malla y shot.

Perno, malla y shocrete Concreto

250

Perno, malla yshot.

Perno, malla y shotcrete

300

Perno, malla y shot.

- CONSTRUCCION

DE TUNELES,PIQUES y CHIMENEAS

3.- CONSTRUCCIONDECHIMENEAS.

99

100

3.- CONSTRUCCION DECHIMENEAS. 3.1.- Introducción. Definiremos como chimenea, a la excavación de labores verticales a subverticales, o inclinadas, generalmente con un ángulo mayor a 40Q,de secciones circulares, cuadradas o rectangulares, y que cumplen diversas funciones en el trabajo minero tales como: ventilación de la mina, servir de acceso al personal, cara libre de explotación, exploración, traspaso de minerales de un nivel a otro, etc. Como se puede apreciar las chimeneas cumplirán variadas e importantes labores en los trabajos mineros. Para su construcción se utilizarán diferentes metodologías dependiendo de los parámetros de diseño tales como: sección y longitud. Así podemos identificar: Métodos manuales. Métodos mecanizados. Métodos combinados. La clasificación va a corresponder principalmente a: a) Tipo de excavación. Perforación manual y explosivos Excavación mecánica por corte y cizalle b) Formade ascenso del personal. Manual por escaleras hasta una plataforma temporal. Ascenso y descenso mecanizado, hasta una plataforma incorporada al equipo. Estudiaremos, los métodos de construcción de chimeneas más utilizados en el trabajo minero. 3.2.- Chimeneas manuales convencionales. 3.2.1.- Definiciones. Corresponde a la construcción de chimeneaS"én la cual ascenso y descenso al frente de trabajo se realizo por medio de escaleras metálicas o de madera y la superficie de trabajo del minero y su ayudante, es una plataforma de madera que se va trasladando y cambiando de posición en altura, a medida que la excavación de la chimenea progresa. Las secciones máximas de trabajo recomendables con excavación a sección completa son: En sección circular En sección cuadrada

.

0 = 2,5 mt., S = 4,90 mt2 S = 6,25 mt2

Elmétodo convencional es autónomo hasta los 35 mt., sobre esa altura de construcción, se vuelve altamente Inseguro. La perforación se realiza con máquinas livianas tipo stoper, de 30 a 40 kgs., las cuales tienen la particularidad de poder perforar en forma vertical y ascendente. En este tipo de máquinas el émbolo de empuje CHIMENEAS - 1 01

se encuentra fijo a la extremo anterior de la máquina, evitando el pivoteo que tienen las máquinas livianas para perforación de galerías. El consumo de aire comprimido de estas máquinas es de 140 dm, como en el caso del modelo BBC-16W, a 200 dm en el modelo BBD-94W, ambas de la fábrica Atlas Copco. El diagrama de perforación, normalmente utilizado es en base a rainuras en V, y el consumo de explosivos dependerá de la sección a excavar. Por las características de este tipo de excavación se usarán solo explosivos encartuchados. Elmétodo es seguro hasta la altura indicada, y la tendencia actual es privilegiar una alternativa mecanizada en la construcción de chimeneas que están en el límite de la autonomía del método convencional.

3.2.2.- Ciclode Construcción. Definiremos

t t t t

Pl. A D P

los siguientes tiempos en el ciclo de construcción:

Ascenso y colocación de la plataforma. ( 20 a 30 min.) 20 * SO,5 siendo S, la sección de la chimenea.

: Acuñadura

: Marcar diagrama de disparo ( 15 a 20 min.) : Perforación del diagrama de disparo.

Siendo o n-

: número de tiros

L

: largo de perforación (mt.)

v

: velocidad de perforación (mt./min.)

P

m

: nQde máquinas perforadoras operando en forma simultánea

e

: eficiencia por simultaneidad de perforadoras en operación (%)

e

= 0,90

1 máquina

0,80

2 máquinas

0,75

3 máquinas

Entonces el tiempo de perforación (t ) estará dado por: p

t t t t t

=

(n * L) / (v * m * e) (min.)

p

e TR v F

: operacion~s de carguío del explosivo ( 1,5 a 2,0 min./tiro) : tronadura del disparo.. : ventilación 12 * (L)0,5,siendo L el largo de la chimenea, y válido hasta 180 mt. : fortificación, a definir dependiendo del tipo de sostenimiento a colocar.

De lo anterior podemos escribir que el tiempo del ciclo (TcL estará dado por: Tc

= tPLADPCTRvF + t + t + t + t + t + t + t (min.)

102 - CONSTRUCCION DETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

y el número de ciclos por día Nc estará dado por: Nc = 1.440 * fop

/

Te (ciclos/día)

en que fop es un coeficiente de utilización del tiempo dependiente de las condiciones de operación en cada caso específico. fop varía de 0,75 a 0,83. y si definimos como A el avance efectivo de cada disparo, el rendimiento de construcciónR estará dado por: R

= Nc * A (mt./día)

3.2.3.- Ventajas del método convencional. No requiere instalacionesni infraestructuraprevía al inicio de la excavación de la chimenea propiamente tal. El rumbo y la inclinación de la chimenea puede ser modificado, durante el desarrollo de la chimenea, cuidando mantener la inclinación adecuada para el escurrimiento de la saca o material quebrado proveniente de la tronadura.

A

través de la perforación

se puede lograr

un buen control

estructural

de las cajas de la chimenea,

utilizando además, explosivos adecuados según la calidad de la roca que se vaya encontrando. La utilización de tronadura amortiguada en el contorno de la chimenea, mejorará la calidad de la excavación. Las operaciones de sostenimiento, pueden realizarse inmediatamente y por las características de este método se podrán efectuar inspecciones visuales de la calidad del macizo rocoso, en forma constante, durante . todo el desarrollo de la chimenea.

3.2.4.- Desventajas del método convencional. Es un método que involucro altos riesgos de accidentes por el solo hecho de ser operaciones en altyra. Por lo anterior se requiere una constante observación de los procedimientos utilizados y las medidas de seguridad adoptadas. Es un método que involucro un considerable tiempo del ciclo, por el hecho de tener que ir formando la superficie de trabajo del minero, disparo a disparo. Es de baja productividad medido en términos de hombres-día por metro de avance, desarrollos horizontales.

y comparado con los

3.2.5.- Relación práctica entre el largo de perforación, la sección de la chimenea yel n!!de tiros.

Largode perforación según sección de la chimenea y n!!de tiros Dim.(mt.)

S: (m2) Lperf.(mt) 1,20 1,60 1,80

0= 1,0 0,78

l,Ox 1,0 1,00

0= 1,5 1,77

1,5 xl,5 2,25

0=2,0 3,14

2,0 x 2,0 4,00

0=2,5 4,90

2,5x 2,5 6,25

. X

X

X

X X

X

X X

X

X

24 o 26

25 o 28

28 o 32

NQde tiros Rocomedio

12 014

13 015

14 016

15 017

20 o 22

CHIMENEAS - 103

3.3.- Método de construcción utilizando Plataforma Trepadora Alimak.

3.3.1.- Definiciones. Correspondea uno de los métodosmecanizados de construcciónde chimeneasen el cual la perforación y la tronadura se realiza por métodos convencionales, y el ascenso del personal se realiza a través de un ascensor de construcción el cual tiene una plataforma, que sirve de superficie para trabajos en altura para el personal. Eltraslado de la jaula y la plataforma de trabajo se realiza a través de un sistema de rieles especiales que van anclados en la pared de la chimenea y que actúa como un sistema de guiado del conjunto. Elanclaje de los rieles se realiza con pernos de anclaje mecánico. Elaccionamiento de este equipo puede ser: neumático, eléctrico y diesel-hidráulico, alternativas que nos definirán la autonomía de operación. 3.3.2.- Descripcióndel equipo.

a) Componentes

básicos.

Unidad Propulsora.

Constituida por un sistema de piñones que engranan a la cremallera de un sistema de rieles de guiado que se van anclando a la pared de la chimenea, mediante pernos de anclaje. La propulsión al equipo se la da sistemas de motores neumáticos, eléctricos o diesel- hidráulico. Cuenta con diferentes sistemas de frenos que regulan las velocidades de ascenso y descenso del equipo. Armazóno Chassis. Estructura metálica donde se montan los sistemas de propulsión y frenado. Además en esta estructura se monta el "freno de paracaídas", que permite que el equipo descienda sin tracción, en caída libre, a una velocidad no mayor de 15 mt./min. Plataformade Trabajo. Estructurametálica,de forma similar a la secciónde la chimenea, pero de menor dimensión,que sirvede

superficiede trabajo para el personal,y que ademáspermitela colocaciónde losrieles,comosistemadeguiado, a medida que la chimenea progresa. Techo Protector.

Ubicado sobre la Plataforma de Trabajo, y protege al minero, mientras está realizando la perforación de los tiros.

Este

dispositivo puede ser operado en forma manual o neumática.

b) Sistema

de Guiado o Rieles.

Corresponden a un tipo de rieles especiales, que van anclados a la pared de la chimenea, y permiten el ascenso y descenso del equipo. Estosrietes son básicamente: una cremallera metálica compuesta por polines de 0 = 10 mm. Y 40 mm. de largo por donde engranan y avanzan los piñones de la unidad propulsara. Los rieles, llevan incorporado

además,

tres ductos de 0 = 1 '/4", que permiten la transmisión de los

servicios, tales como aire comprimido, agua y cables eléctricos, sin el peligro de deterioro a causa de las tronaduras. Existen diferentes tipos de rieles que cubren las necesidades en la construcción de chimeneas con este método:

104

- CONSTRUCClON

DETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

Rielesrectos. De 1,0 y 2,0 mt. de largo, y se usan en la etapa de excavación normal de la chimenea. Rieles curvos. De 1,0 y 2,0 mt. de largo y permiten enfrentar la curva desde la estación del equipo hasta el punto en que la chimenea toma su azimut e inclin~ción definitiva.

Rielescorrectores. De 1,0 mt. de largo, con una desviación lineal en uno de sus extremos y que permiten corregir variaciones menores del ángulo de inclinación o el azimut de la chimenea. Rielesreforzados. De 2,0 mt. de largo, y,se colocan inmediatamente a la salida de la curva de inicio de la chimenea, cumpliendo una labor adic~ohal de estabilizador de toda la columna d rieles superior. Estos rieles se colocan, habitualmente cada 40 mt. de desarrollo de la chimenea.

c) Tambor de enrollado o carrete. Permite el enrollado o desenrollado de la manguera de aire comprimido o cablé eléctrico, cuando se produce el ascenso o descenso de la Plataforma de Trabajo. d) Central de agua y aire comprimido. Corresponde a todo el sistema de generación y distribución de aire para la operación de la Plataforma Trepadora y al sistema de bombas necesarios para llevar el agua hasta el frente de perforación. e) Equipo telefónico. Para mantener la comunicación entre el personal asignado en la estación del Alimak y los mineros que laboran en la Plataforma de Trabajo, en altura.

~ Trepadorde Servicio.(Alicab) Corresponde a un dispositivo de idéntico concepto de propulsión que se instala a continuación de la Plataforma Trepadora, que se utiliz '," '" ".

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CHIMENEAS- 1 27

3.5.- Método con Equipo Raise-Borer. 3.5.1.-Definiciones. El método de construcción de chimeneas con Raise-Borer, incorpora la utilización de un equipo que realiza básicamente las siguientes operaciones. * Construcción de un tiro piloto de un nivel a otro. * Escariado del tiro piloto a la sección deseada sin utilizar explosivo. Conforme a los antecedentes históricos disponible el primero de estos equipos se utilizó en mina de U.S.A. y perforeba un tiro piloto de 0,2 mt. de diámetro, para posteriormente escariarlo a un diámetro de 0,9 mt. Estosequipos son utilizados tanto en la minería, como en la construcción y pueden excavar chimeneas de diámetros entre 0,7 mt. y 6,4 mt. y llegando a longitudes de 500 a 600 mt. La selección del equipo dependerá del tipo de roca a excavar. En rocas blandas las posibilidades de excavar mayores diámetros y longitudes serán mayores que en roca más duras. 3.5.2.-

Sistemas del Método Raise-Borer Este método de construcción

puede operar

utilizando

los siguientes sistemas:

a) Perforación del tiro piloto desde un nivel a otro y posterior escareado, en retroceso. b) Perforación tipo "box hole", en el cual el elemento escareador está com'puesto por un tricono adosado a una base de cortadotes. La operación se realiza en forma ascendente perforando piloto

y escareando a la vez.

. c) Perforación de piloto en forma ascendente y posterior escariado de la misma manera. En general el sistema mencionado en a) es el más utilizado en la construcción de chimeneas. En la figura a continuación se muestra el método convencional de construcción de chimeneas usando un equipo Raise Borer. Construcción de chimenea con un equipo ETAPA 1: CONSTRUCClON

PERFORAClON PILOTO

Raise Borer.

ETAPA 2: ESCAREADO EN ASCENSO

PERFORADORA

BARRAS DE PERFORACION

CUTTER

TRICONO

ROCA QUEBRADA

128 - CONSTRUCClON DETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

Ó

CORTADORES

Esquema de operación de un equipo Raise Borer en un sistema convencional

Etapa 1: Trabajando en superficie o interior de la mina, el equipo de perfora el tiro piloto con un tricono que será

de 10" a 12 ¡ / 4 "

Etapa 2: Una vez finalizado el tiro piloto, se coloca el escareador en lugar del tricono. Etapa 3: Se realiza el escareado del tiro piloto a la sección final de la chimenea, en ascenso.

CHIMENEAS- 1 29

3.5.3.- Composición del Equipo. El equipo Raise-Borer está compuesto

principalmente

por:

* Unidad de fuerza. * Equipode perforación. * Elementosde perforación. * Bombas de agua. * Unidad de ventilación. Cada equipo tendrá sus propias características dependiendo de la autonomía del mismo. 3.5.4.-

Elementos de Perforación.

Triconos: Consiste en tres conos con insertos de botón y que perforan normalmente pilotos de 9" a 12". Estabilizadores: Su función es guiar al tricono evitando el movimiento lateral o "pandeo" de las barras en el extremo: Sub Adaptador: Un el escariador al elemento estabilizador, constituye la parte más débil de la columna de perforación y funciona como un elemento de o'protección en caso de atascarse el escareado y asi poder recuperar toda la columna de barras. Escariador: Elemento donde su ubican los cortadores y su diámetros de operación la sección de la labor a construir. Barras: Son elementos de acero acoplables entre sí y que darán el largo de la perforación.

Porej: barras de 0 = 10", longitudvariable de 1,50 02,00 mt.y un peso aproximado de 140 a 180 kg. cada una.

130 -CONSTRUCClON DE TUNELES, PIQUES y

CHIMENEAS

Esquema de la perforadora

de un equipo Raise Borer.

De: Catálogo Raise Borer Modelo RD-2000 Master Drilling ( PTY) LId.

CHIMENEAS - 1 31

3.5.5.- Ventajas y desventajas del Método.

Ventajas: * Método altamente seguro. Se pueden realizar labores de gran longitud que con otro método resultaría muy riesgoso. * No hay daño en la roca circundante. * Muy buena productividad, medida en hombres-día por metro de avance. Desventajas: * Se requiere alta especialización del personal en la operación y mantención del equipo. * Requiere de infraestructuras previas, tales como: estación de perforación, tendidos eléctricos, estanques, etc. antes de iniciar las labores de perforación. * No se puede modificar el rumbo e inclinación de la chimenea, una vez iniciada. * Se requiere un tiempo en traslados y montajes antes de iniciar la construcción de la chimenea. * Es necesario preparar la estación del equipo realizando un desquinche hacia el techo de la galería, para formar una pequeña caverna donde pueda operar. El equipo requiere una altura de unos 4,0 a 5,5 metros en un area de 3,0 metros de ancho y unos 4,0 metros de largo, dependiendo del modelo a utilizar. * Se requerirá construir la plataforma de apoyo del equipo que será de hormigón tipo H-25 de 2,0 * 2,0 mt. y un espesor de 0,20 mt. * Es un equipo costoso, de alta inversión, por lo que es conveniente su adquisición con un soporte de metros de chimeneas a construir, con el fin de ir amortizando la inversión.

-, Excavación de chimenea con equipo Raise Borer. a) Excavación ascendente sin escareador

b) Excavación ascendente con escareador

piloto

piloto. F.$TNJ IL'ZAtiXlES

132

- CONSTRUCCION

DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

Esquema de operación utilizando el sistema Boxhole

""

Etapa 1: La máquina perforadora es ubicada interior mina y se perfora con un tricono un tiro piloto de 1O" a 12 1/ 4 ", en forma ascendente. Etapa 2: El escareador es colocado en lugar del tricono.

Etapa 3: El escareador avanza en forma ascendente triturando la roca, formando la sección deseada. El material triturado o detritus, cae al nivel inferior de donde es removido.

CHIMENEAS- 133

w ./:::o..

8 z

Excavación

~;-,'~';.o,

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~&, Escariado descendente.

K' ,

~ v,

:",',~

~~~~ §WE:!~~'k~~,; ~ - ~"~';}"'.;v"i'J ,::, -'-o , ;'-,*~

~

Fuerza del bloque

1,5 - 2, O

Ventajas de los cables Ie(hados: * Son de bajo costo. * Correctamente instalados se transforma en un sistema de sostenimiento competente y duradero. * Pueden instalarse cualquier longitud de cables en sectores de espacios reducidos. * El sistema asegura altas resistencia de los cables instalados, en diversas condiciones de roca. * Actuando como soportes permanente, tienen alta resistencia a la corrosión. Desventajas: * Normalmente no se usan tensionados. * El uso de cemento común en la lechada de relleno, necesita de varios días antes que el cable pueda empezar a sufrir cargas del terreno. En el cuadro a continuación, se muestra el desarrollo de los diferentes tipos de cables.

152

- CONSTRUCCIONDETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

Desarrollo de los diferentes tipos de cables para fortificación.

I

LONGITUDlNALSECTION

TYPE

I

Multiwire te!ldon

;

(Clifford, 1974)

Birdcaged Multiwire tendon

I

(]irovec, 1978)

Single Strand (Hunt

& Askew,

-=-----

(VSL Systems, 1982) (Dorsten el al., 1984)

:==-= ~

~

~~~"~,=:;;;J

~i;~a~rioa~~r

(Mauhews et al ., 1986 ) Birdcaged Strand

(Hutchins et al., 1990)

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Coated

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(Garford, 1990)

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