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• mirian suller chavez

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FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

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“FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS”

Curso:

servicios auxiliares

Tema:

sostenimiento activo y pasivo

Docente:

Ing. C iro Quispe G

Alumno:

Huincho Paquiyauri E.

Año:

2018-I

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CONTENIDO -

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INTODUCCION CONCEPTO TIPOS DE SOSTENIMIENTO SOSTENIMIENTO ACTIVO SOSTENIMIENTO PROVISIONAL SOSTENIMIENTO CON CUADROS ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN CUADRO DE AVANCE EN GALERÍAS ELEMENTOS AUXILIARES DE UN CUADRO DE AVANCE EN GALERÍA Y /O CRUCERO SOSTENIMIENTO PASIVO PERNOS DE ANCLAJE, PERNOS DE ROCA EFECTO ARCO, EFECTO VIGA SOSTENIMIENTO SHOTCRETE SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

I.- INTRODUCCIÓN Al efectuar la excavación en un macizo rocoso se elimina su soporte natural generándose un desequilibrio en las fuerzas que confluyen alrededor de la abertura. En consecuencia, se hace necesario conocer la magnitud de los desequilibrios con el fin de mantener las condiciones de estabilidad de la excavación, la tendencia de sus desplazamientos y deformaciones para controlarlos. El sostenimiento de las labores subterráneas es una tarea de grandes proporciones y de gran complejidad, donde el fin principal es garantizar la seguridad y la eficiencia de los métodos de explotación empleados por los que realizan las labores de extracción del mineral. Una de las condiciones necesarias para que el sostenimiento se realice eficientemente luego de realizada es la correcta indagación y evaluación estructural del macizo rocoso, este es el punto de inicio confiable para seguir en la tarea de seguridad y productividad que se ha trazado en el planeamiento de minado. Existen varios métodos de refuerzo de la roca, pero de todos el tendón o perno es el más efectivo, rápido de instalar y de bajo costo.

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DEFINICIÓN Es el refuerzo que requiere una labor cuando las condiciones de inestabilidad y seguridad lo requieran. Para conseguir un buen sostenimiento es necesario una correcta indagación y evaluación del macizo rocoso a fin de elegir el correcto elemento de soporte. - También denominado Entibación (fortificación), es el conjunto de procedimientos que permiten contener artificialmente y sin mayores alteraciones, los vacíos creados por las actividades mineras, durante el tiempo que sea necesario. - Para los efectos, se utilizan diferentes tipos de estructuras que trabajan como soporte o como refuerzo del auto-sostenimiento. Los materiales utilizados son: · Roca in situ a fragmentada (pilares, vigas, poentes, piras, etc.) · Madera (cuadros, puntales, pilares, etc.) · Fierro (pernos de anclaje, arcos o cerchas, bastidores, etc.) · Concreto y sus combinaciones

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TIPOS DE SOSTENIMIENTO

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Sostenimiento activo PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Los principios fundamentales que deben seguirse en el diseño o empleo de estructuras de sostenimiento por fuertes presiones constantes son . 1.- La estructura debe ser colocada lo más cerca posible al frente para permitir la mínima resistencia del terreno antes de dicha colocación. 2.- La estructura debe ser rígida para que el reajuste que se produce sea reducido al mínimo después de la colocación. 3.- La estructura debe estar constituido fácil construcción manipuleo e instalaciones .

por

piezas

de

4.- Las partes de la estructura que han de recibir las presiones o choques más fuertes deben tener tales características y ubicación que trabajen con el menor efecto sobre la estructura principal. 5.- Los costos deben ser tan baratos como le permite su rendimiento. MATERIALES UTILIZADOS EN EL SOSTENIMIENTO

Los materiales usados pueden ser: 

Madera



Concreto



Piedra de roca



Ladrillo o Fierro.

Estos materiales pueden emplearse solos o combinados ., el criterio que debe primar en la elección del material debe ser la observación de sus propiedades mecánicas pero es necesario tener en cuenta el costo y la duración . pág. 7

La madera es el material más barato que puede utilizarse en la mayoría de los casos es satisfactorio desde el punto de vista de resistencia . Pero su corta duración es la característica desfavorable la duración de las maderas que en las minas y tunales de irrigación, vías ferrosas o carreteras es muy variable pues depende en las condiciones en que trabajen por ejemplo: 1.- La madera debe ser seca dura más que la verde 2.- La madera descortezada dura más que aquella que conserva su corteza. 3.- La madera curada (Tratamiento con petróleo o productos químicos para evitar su descomposición ) 4.- La madera en una zona bien ventilada dura más que la húmeda y caliente puede estimarse que la madera tiene una vida media entre 2 a 3 años, sin embargo en algunas minas y túneles se encuentran sostenimiento hasta con 20 años de duración y todavía en buenas condiciones , pese a estar en zonas abandonadas . Desde el punto de vista mecánico el acero es el material más resistente y además tiene una ventaja de ocupar menos espacios y de no entorpecer la ventilación , ni estar sujeta a riesgos de incendios en cambio tiene como desventaja su costo es caro las mayores dificultades que ofrece su empleo se emplea sobre ambientes humeados y por esos deben ser pintados para protegerlos Si la duración es el factor importante como en el caso de los túneles de ferrocarriles , carreteras , etc. se deben preferir el concreto armado poner ladrillo compactado . Estos materiales son más duros que la madera, pero tienen una duración prácticamente indefinido.

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Sostenimiento provisional -Como el personal está expuesto a la caída de rocas al avanzar en profundidad el pique, el sostenimiento provisional de las paredes es esencial. -Por lo general este sostenimiento provisional está constituido por cuadros metálicos de perfiles en U, llamados Enviguetados. -Toman la forma exterior del pozo y están conformados por 4 ó 5 piezas unidas por pernos. Detrás de ellos se suelen colocar planchas metálicas ajustadas por medio de cuñas, rellenando los vacíos entre la pared y las planchas metálicas con madera o roca para asegurar un buen ajuste. -Las viguetas circulares se colocan a intervalos de 0.70 a 1.50 m según la naturaleza de los terrenos. Estas instalaciones se efectúan en forma descendente, conforme avance el pique.

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SOSTENIMIENTO DEFINITIVO -Se utiliza madera redonda o escuadrada, ladrillos, hormigón armado y/o dovelas (estructuras prefabricadas en forma de cuña a fin de empalmarlos y asegurarlos con pernos); también se utilizan pernos de anclaje. Madera -Se utiliza para los pozos de sección rectangular, en rocas de dureza mediana, cuando el tiempo de servicio del pique será inferior a 15 años.

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SOSTENIMIENTO CON CUANDROS Se requiere los siguientes elementos preparados, presentados, marcados con pintura y puestos al pie del pique: -02 longarinas de 8" * 8" * 15.75 pies y 6 agujeros de 1" diámetro y separados 6" c/u -02 divisores de 8" * 8" * 4' 10" -02 cabezales de 8" *8" * 4' 10" -08 postes de 8" * 8" * 5' 2" -06 juegos de ganchos templadores de fierro con pernos.

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ENTIBACIÓN CON CUADROS ADOSADOS, ENCASTILLADO, ENCRIBADO: -Constituida por cuadros rectangulares colocados directamente unos sobre otros. Cada cuadro consta de 4 elementos ensamblados convenientemente. ENTIBACIÓN CON CUADROS NORMALES: -Se construye de abajo hacia arriba, en tramos de una altura de 10 a 12 metros entre Cuadros de Asiento. Transversalmente, sus Cuadros de Asiento encajan en patillas preparadas en las caras y encima ensamblan los travesaños transversales en muescas practicadas. Longitudinalmente, se usan longarinas de 2 a más metros de longitud, formando el Cuadro Normal.

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ENTIBACIÓN CON CUADROS SUSPENDIDOS O COLGANTES: -Los cuadros son confeccionados de arriba hacia abajo. Los lados transversales del Cuadro de Asiento van empatillados en las caras de la chimenea, cada 5 a 10 cuadros o más. Los divisores y puntales o postes van siendo ensamblados a alturas de 0.80 a 1.60 metros. -Cada cuadro está suspendido al inmediato inferior por medio de varillas de acero de 20 a 30 mm de diámetro. Estas suspensiones se insertan a través de agujeros taladrados en las longarinas del cuadro y se sujetan por medio de arandelas y tuercas.

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Tipos de cuadros El tipo más simple adecuado es aquel que consta de un sombrero soportado por dos postes verticales que sirven para resistir las presiones laterales de las cajas este tipo de cuadros recibe el nombre de cuadro recto. Cuando las presiones del techo. Son importantes se acorta la longitud del sombrero y se acorta la longitud del sombrero y se inclinan los postes recibiendo el nombre de cuadros cónicos que es el tipo más aceptado en la minería metálica . Así mismo cundo las presiones son demasiado fuertes se coloca una pieza adicional que se llama solera.  CUADROS RECTOS.  CUADROS CONICOS .  CUADROS COJOS.

CUADRO RECTO Son usados cuando la mayor presión procede del techo, están compuestos por tres piezas, un sombrero y dos postes, asegurados con bloques y cuñas , en donde los postes forman un Angulo de 90º con el sombrero.

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CUADROS CONICOS Son usados cuando la mayor presión procede de los hastíales, la diferencia con los cuadros rectos, solo radica en el hecho de que los cuadros cónicos se reduce la longitud del sombrero , inclinando los postes, del tal manera de formar un Angulo de 78º a 82º, respecto al piso, quedando el cuadrado de forma trapezoidal.

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CUADROS COJOS Estos están compuestos por solo un poste y un sombrero, se utilizan en vetas angostas menores de 3 m de potencia, su uso permite ganar espacio de trabajo pueden ser verticales o inclinados según el buzamiento de la estructura mineralizada , estos cuadros deben adecuarse a la forma de la excavación para que cada elemento trabaje de acuerdo a las presiones ejercidas por el terreno.

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Elementos principales de un cuadro de avance en galerías Entre los elementos principales tenemos El Sombrero, Postes , Tirantes , y Solera SOMBRERO . Elemento que tiene por función soportar las cargas laterales y del 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 por objeto soportar los esfuerzos 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 colocados en forma 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 gran magnitud SOLERA Elemento que se utiliza cuando los terrenos son suaves soportan esfuerzos provenientes del poste y la reacción del piso directamente.

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Elementos auxiliares de un cuadro de avance en galería y /o crucero BLOCK Son accesorios que tienen por objeto asegurar0 las estructuras ., de sostenimiento hasta que sean fijadas por la presión del terreno para colocar los Stokes se deberá tener en cuenta lo siguiente 1.- 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 . 2.- Tratar que el contacto y la transmisión de esfuerzos en las cargas compresionantes y los cuadros sigan una misma dirección 0 3.- 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 sostenimiento hasta que las presiones del terreno los sujeten definitivamente . Generalmente son empleados cuando hay espacios irregulares entre0 los elementos del cuadro y del terreno para colocar las cuñas se debe tener en cuenta lo siguiente 1.- Que el limite practico del ángulo sea de 15 a 20 grados 2.- Que su sección sea de forma triangular pág. 19

ENRREJADOS Y ENTABLADOS Son elementos auxiliares de sostenimiento que tienen por objeto soportar el material de las partes laterales de una galería o cruceros se llaman enrrejados cuando están constituidos por redondos de 4 plg a 6 plg . de Diám00etro ., colocados uno tras otro con separación un de 3 a 4 plg . . También se usan Semi redondos 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 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 1.- Se emplean los enrrejados en terrenos fracturados y quebrados 2.- Se emplean entablados en terrenos molidos o arcillosos 3.- 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 enrejado, con la única diferencia que se coloca longitudinalmente apoyados sobre sombreros . ENCRIBADO (emparrillados ) Elemento auxiliar de sostenimiento cuya estructura tiene por objeto fundamentalmente sostener el techo alzado a una unidad estructural se le conoce con el nombre de CRIBING , los CRIBING están constituidos por

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redondos de 4 a 8 Plg de diámetro . aunque también puede usarse madera escuadrada. LONGARINA Son largueros de 10 x 10 plg de sección y de 15 pulg a 18 de Longitud . SE emplean solo en casos especiales 1.- Cuando va a comunicarse una chimenea se coloca longitudinalmente a la galería debajo de la solera 2.- 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 . 3.- Cuando la distancia entre las cajas son grandes en este caso las longarinas se colocan transversalmente al la dirección de la caja. SOSTENIMIENTO PARA PIQUES Los piques a igual que otra vía cualquiera de acceso principal debe ser construido de tal manera que puedan garantizar una duración tan igual como la existencia de l a mina misma los piques si son rectangulares sea cual fuera el tipo de sostenimiento utilizado tiene unos mismos elementos esenciales comunes , como cuello o collar , las soleras , los Postes , los Tirantes de suspención, cuñas guiaderas y anclajes . CUELLOS O COLLAR Se llama así a una estructura ubicada en la boca del pique se caracteriza fundamentalmente porque descansa sobre traviesas bastantes consistentes las mismas que son colocadas en los extremos y de cada división transversalmente del pique SOLERA CENTRA Elemento que horizontalmente determina el número de cuadros

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POSTES Elementos de sostenimiento que soporta a todo el cuadro rectangular 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 en las cajas del pique y que sirve para sostener a un conjunto de cuadros superiores .Estas longarinas se colocan debajo de las solerás extremas y centrales a distancia de 15 a 75 metros o mas DESTAJE Se llama así al corte realizado en el extremo de una pieza de sostenimiento, exclusivamente con fines de apoya ESPIGA Se denomina así al extremo de una pieza de sostenimiento cuyo espesor se ha disminuido con fines de penetración entere dos o mas piezas.

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Sostemiento pasivo

Sostenimiento con pernos de anclaje Son infraestructura de sostenimiento que tiene por objeto aumentar la competencia de la roca alrededor de una excavación se caracteriza fundamentalmente porque amarra entre sí estratos Incompetentes para formar una viga monolítica , evitan el deslizamiento de planchones o bancosque se encuentran fracturados en el techo de un Tajeo y suspenden a las capas débiles de las mas resistentes que se hallan encima ., en Minería metálica Subterráneas empleado para el sostenimiento de galerías de cortadas y de caja techo , anclaje de elementos auxiliares (Líneas eléctricas , monorrieles , soportes de encofrados , y andamios ,fijación de maquinarias , fijación de estructura metálica etc ) pág. 24

ELEMENTOS DE UN PERNO DE ANCLAJE: a.- DISPOSITIVO DE ANCLAJE

Es aquel que permite la adherencia del sistema de empernado con las paredes del taladro . Según su naturaleza pueden estar dados por : Horquillas de extensión , Cuñas en Vástago bifurcados , resinas , morteros de arena , y cemento u otros medios químicos de adherencia . b.- VASTAGO o VARILLA

Es la parte del perno que soporta las cargas tensiones y que de acuerdo a su naturaleza pueden estar dados por varillas de fierro corrugado o no corrugado , cable de fibra de vidrio , cable de acero o espigas de madera u otros materiales . c.- ARANDELA .-

es la plancha de sujeción sobre el, cual se ajusta la tuerca puede estar dado por planchas de acero madera u otro material. d.- TUERCA .-

Elemento de amarre tensional , Existen varios tipos de pernos entre los cuales podemos citar :Pernos de roca mecánicos , pernos de roca anclado con explosivos, pernos de roca con resina, pernos sementados , pernos con resina bombeada , pernos de roca de madera etc.

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PERNOS DE ANCLAJE, PERNOS DE ROCA Definición y características -Es un tipo de sostenimiento activo que consiste en anclar en el interior del taladro una barra de fierro corrugado, tubo, cable, etc. que aporta una resistencia a la tracción, confinado el macizo rocoso; es decir impiden, atenúan o neutralizan el fenómeno de descompresión de la roca en torno a la excavación, evitando la caída de rocas. Ventajas de su uso · Reducen el tiempo de fortificación de la labor · Reducen los costos de fortificación · No disminuyen el área disponible de las labores · No afectan al flujo del aire circulante.

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SOSTENIMIENTO SHOTCRETE El concreto lanzado normalmente incorpora aditivos y pueden incluir también adiciones de fibras (metálicas o sintéticas) o una combinación de estas. Ambos términos, concreto lanzado o shotcrete, se refieren básicamente al mismo material. La tendencia, especialmente en Europa, es referirse al producto como concreto lanzado.

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Método por vía seca Todo proceso tiene sus desventajas; las del método por vía seca son: • Altos costos operativos debido al desgaste y daños en las máquinas de rotor, especialmente en los empaques de caucho y los discos de fricción. Para mantener estos costos dentro de límites razonables, es necesario configurar bien las máquinas, hacer cambios oportunos de piezas y utilizar procedimientos adecuados de pulverización. • Otra desventaja es la formación de polvo, pero el mismo puede reducirse procurando un contenido favorable de humedad natural (o prehumidificación adecuada) y utilizando aglomerantes de polvo. • Además de la formación de polvo en la boquilla, es necesario también prestar atención al efecto que tiene el polvo del sistema de alimentación sobre la máquina. En este particular, las máquinas tradicionales de doble cámara o la versión moderna de la Schürenberg (SBS), son ventajosas. No obstante, las máquinas de rotor pueden ser condicionadas a prueba de polvo hasta cierto punto (o incluso totalmente). • Otro problema importante del proceso de proyección en seco es el rebote relativamente alto. Según la superficie de aplicación en cuestión (hastíales o bóveda), se pierde entre el 15 y35% del concreto. La pérdida promedio normal es del 20 al 25%. • Para reducir el rebote de una manera significativa, se pueden utilizar las nuevas clases de aditivos mencionados anteriormente.

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Método de proyección por vía húmeda Tal como se mencionó anteriormente, este método es el único utilizado en Escandinavia, Italia y en un gran número de importantes proyectos subterráneos en todo el mundo. El uso del shotcrete para aplicaciones de soporte de rocas ha aumentado en forma exponencial en los últimos 10 a 15 años, lo cual ha impulsado un intenso desarrollo del mismo. Ventajas A continuación se expone un resumen de las ventajas del método de vía húmeda en comparación al de vía seca: • Rebote mucho menor. Con el uso de equipos apropiados y de personal capacitado, se obtienen pérdidas normales que oscilan entre 5 y 10 %, incluso para el caso de proyección de concreto reforzado con fibras. • Mejor ambiente de trabajo debido a la reducción del polvo. • Capas más gruesas gracias al uso eficiente de los materiales de mezcla. • Dosificación controlada de agua (constante, relación agua/cemento definida). • Mejor adherencia. • Superior resistencia a la compresión, poca variación en los resultados. • Producción muy superior, por lo tanto, más economía. • Uso de fibras plásticas y nuevos aditivos. Desventajas • Distancia de transporte limitada (máximo 300 m). • Mayores demandas en la calidad del agregado. pág. 30

Sostenimiento de Excavaciones Subterráneas Se Entiende por sostenimiento al conjunto de Procedimientos que permiten mantener las cavidades que se forman como resultado de la explotación de los recursos Minerales y mantener seguro durante el tiempo que se desee. Mediante el sostenimiento vamos a restablecer el equilibrio del macizo rocoso con la finalidad de garantizar la estabilidad del mismo mediante • • • •

1.- Refuerzo (Empernado) 2.- Revestimiento (Shotcrete ) 3 .-Soporte (Madera) 4.- Relleno (Relleno).

REFUERZO Funciones de los Pernos Para Roca Resistencia a la Tracción La función principal de todos los pernos para roca es de resistir el movimiento o el disloque del terreno . En general, en la roca dura , este disloque es el resultado de rajaduras por las fallas y fracturas . Estas Fracturas y estratos se abren con el tiempo debido a la presión vertical o Horizontal in Situ , por el efecto de la gravedad en los bloques y el efecto de las variaciones de temperatura y humedad de la roca masiva . • Perno • Perforación • Fractura

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