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“Año de la lucha contra la corrupción e impunidad”

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

CURSO:

Mecánica de Rocas Aplicada a la Minería.

PROFESOR:

Martín Flores Palacios

Tema:

Cálculo de Precios Unitarios de Pernos Split Set y Pernos Helicoidales

ALUMNO:

Ronald Rondón Quispe

LIMA-PERÚ 2019

16160207

Contenido 1. RESUMEN EJECUTIVO ............................................................ 3 2. MARCO TEÓRICO .................................................................... 4 2.1. Sostenimiento con Pernos .................................................... 4 2.2. Perno Split Set ..................................................................... 5 2.3. Pernos Helicoidales .............................................................. 7 2.4. COSTOS ............................................................................ 10 2.4.1. Costos Directos ............................................................ 11 2.4.2. Costos Indirectos .......................................................... 11 3. APLICACIÓN........................................................................... 12 4. CONCLUSIONES .................................................................... 19 5. RECOMENDACIONES ........................................................... 19

1. RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo detalla dos de los pernos más utilizados en la industria minera (Split set y Barra Helicoidal) enfocados a su precio unitario, para ello se considerarán los siguientes factores: costo de fabricación de los pernos, costo de instalación en mina, costos directos (mano de obra, materiales, equipos) y costos indirectos (gastos administrativos, utilidad sostenimiento y servicios). Este informe tiene como fin hacer una comparación entre los precios unitarios de los dos distintos pernos, haciendo una diferenciación entre operaciones convencionales y mecanizadas.

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2. MARCO TEÓRICO 2.1. Sostenimiento con Pernos El empernado es una técnica de sostenimiento que, es esencia, consiste en anclar en el interior de las rocas una barra de material resistente que aporta una resistencia a tracción y, confinando al macizo rocoso, permite aprovechar las características resistentes propias de las rocas facilitando así su sostenimiento. El concepto de anclaje de bloques se deriva directamente del planteamiento inicial del perno y se basa en que cada perno debe estar anclado, a lo largo de una longitud suficiente para agotar la carga axial que la barra del perno puede soportar, y su densidad, expresada por el número de pernos por cada m2 de superficie de roca a sostener, debe ser suficiente para equilibrar el peso de la roca que debe ser suspendida. El máximo peso que puede soportar un perno está dado por la expresión: W=F×S×C×H×P Siendo: F = coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3. S = espaciado transversal de los pernos. C = espaciado longitudinal de los pernos. H = espesor de los estratos de roca que deben ser anclados. Ρ = densidad de la roca. Si no hay cohesión entre las juntas, el número de pernos que deberá colocarse para sujetar un bloque estará dado por la expresión: N=(W×F)/B Donde: N= número de pernos. W = peso del bloque de roca. F = coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3. B = fuerza vertical que es capaz de soportar un perno.

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En el caso del anclaje del bloque de sea con una inclinación, el número de pernos que es necesario colocar estar definido por la expresión: En este caso: N = número de pernos, colocados con una inclinación α (°). W = peso del bloque de roca. F = coeficiente de seguridad, comprendido entre 1.5 y 3. Φ = Angulo de fricción en la superficie de la junta, de inclinación β. C = cohesión en la superficie de la junta de inclinación β. B = fuerza vertical que puede soportar un perno. A = longitud de la junta afectada por el deslizamiento.

2.2. Perno Split Set También llamados “tubos estabilizadores de fricción”.

Estos elementos de

sostenimiento trabajan a lo largo del tubo por fricción cuando son introducidos en un taladro de menor diámetro. Los estabilizadores para la fricción de rica Split Set están formados por solo dos partes, un tubo y una placa de asiento abovedado que funge de apoyo. El tubo de acero de alta Resistencia se encaja a lo largo de su extensión. Un extremo tiene una cabeza en forma de cuña para tener una fácil inserción en el orificio taladrado y el otro extremo tiene una brida de anillo soldada para sostener la placa de apoyo. Con la placa de apoyo en el punto correcto, el tubo se inserta en un orificio ligeramente más pequeño, utilizando el taladro de percusión Standard que hizo el orificio. Cuando el tubo del perno se desliza a la posición exacta, el largo de la ranura se angosta, produciendo la presión radial adecuada como para ejercer presión contra la roca a todo lo largo de su extensión. Los pernos de roca Split Set te dan diversas opciones de tamaño de placas y tubos.

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Gráfico aproximado de capacidad de anclaje vs diámetro de brocas

FORMA ADECUADA DE INSTALACIÓN 

Definir si será sistemático o puntual (ocasional) la instalación.



Ventilar y desatar la zona a sostener.



Marcar la ubicación de los pernos.



Perforar el taladro (siempre debe ser un poco más largo que la longitud del Split set)



Introducir el Split set con la ranura hacia abajo, colocar el adaptador y empujar con la máquina perforadora. Tener en cuenta que la maquina tiene que estar alienado completamente con el Split set.

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CUANDO NO UTILIZAR UN PERNO SPLIT SET: 

En rocas intensamente fracturadas o macizos rocosos malos (tipo IV).



En zonas donde existe aguas acidas, el cual corroería el Split set rápidamente.



En zonas donde existe cuñas de gran peso (en dichos casos se recomiendan pernos helicoidales).

El diámetro de los tubos ranurados varía de 35 a 46 mm, con longitudes de 5 a 12 pies. Pueden alcanzar valores de anclaje de 1 a 1.5 toneladas por pie de longitud del perno, dependiendo principalmente del diámetro de la perforación efectuada, la longitud de la zona del anclaje y el tipo de la roca. Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización: Los Split Sets son utilizados mayormente para reforzamiento temporal, usualmente conformando sistemas combinados de refuerzo en terrenos de calidad regular a mala. En roca intensamente fracturada y débil no es recomendable su uso. Su instalación es simple, solo se requiere una máquina jackleg o un jumbo. Proporciona acción de refuerzo inmediato después de su instalación y permite una fácil instalación de la malla. El diámetro del taladro es crucial para su eficacia, el diámetro recomendado para los Split Sets de 39 mm es de 35 a 38 mm, con diámetros más grandes se corre el riesgo de un anclaje deficiente y con diámetros más pequeños es muy difícil introducirlos.

2.3. Pernos Helicoidales Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo biselado, que es confinado dentro del taladro por medio de cemento (en cartuchos o inyectados), resina (en cartuchos) o resina y cemento. El anclaje entre la varilla y la roca es proporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, por tres mecanismos: adhesión química, 7

fricción y fijación, siendo los dos últimos mecanismos los de mayor importancia, puesto que la eficacia de estos pernos está en función de la adherencia entre el fierro y la roca proporcionada por el cementante, que a su vez cumple una función de protección contra la corrosión, aumentando la vida útil del perno. De acuerdo con esta función, en presencia de agua, particularmente en agua ácida, el agente cementante recomendado será la resina, en condiciones de ausencia de agua será el cemento.

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LAS SIGUIENTES CONSIDERACIONES SON IMPORTANTES PARA SU UTILIZACIÓN Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usados como refuerzo permanente, pero también pueden ser utilizados como refuerzo temporal en varias condiciones de roca, desde rocas de buena a mala calidad, constituye el mejor sistema para rocas de muy mala calidad y también para rocas en ambientes de altos esfuerzos. Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere varios días de curado antes que el perno trabaje a carga completa, pero apropiadamente instalados son competentes y durables, con alta resistencia en condiciones de roca dura. Estos pernos tienen larga vida útil y constituyen el sistema más versátil de pernos de roca. PROCEDIMIENTOS DE INSTALACIÓN a) Verifica que la labor esté ventilada haciendo la prueba de fósforo. b) Verifica que el área a sostener, techo y hastiales, no tener shotcrete craquelado ni bancos colgados, aplicando el redesatado c) Medir y marcar la distribución de los pernos, de acuerdo a la orden de trabajo geomecánico. d) Trasladar los equipos/herramientas, y asegurar las conexiones de agua y aire de la perforadora (con bushing y cinta band-it) con herramientas adecuadas. e) Coloca los cartuchos de cemento dentro de un recipiente con agua para su hidratación, por un tiempo máximo de 1 O minutos. f) Perfora los taladros, empezando por la parte central de la corona de la labor, usa el atacador para introducir los cartuchos de resina y cemento dentro del taladro de acuerdo al pasaporte o recomendación de geomecánica. g) Inyectar los pernos helicoidales usando la perforadora y el adaptador integral para introducir el perno (sin placa dentro del taladro y realizar el batido de la resina y cemento girando el perno por 01 minuto.

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h) Dejar 15 centímetros del perno fuera del emboquillado del taladro para el emplacado. i) Ajustar la placa a los pernos utilizando un taquímetro o una llave inglesa luego de 48 horas de instalados, hasta que se fije a la superficie. RESTRICCIONES 1. No instalar pernos helicoidales si no ha pasado 3 horas desde la aplicación de shotcrete. 2. No acumular taladros vacíos, (taladro perforado perno inyectado). 3. No instalar pernos helicoidales doblados.

2.4. COSTOS En proyectos de excavación subterránea es importante la identificación de costos para soporte y refuerzo de macizos rocosos con la finalidad de:  

Evaluar y comparar los diferentes sistemas de soporte en términos de costos. Optimizar los costos totales de la excavación.

Los costos totales del sistema de refuerzo y soporte con pernos de anclaje se pueden dividir en costos directos y costos indirectos. 10

2.4.1. Costos Directos Son los costos incluidos en el trabajo de empernado hasta la instalación completa, los cuales son: - Costos de materiales: Constituido por los pernos, placas, costos de elementos de anclaje. - Pérdida de materiales: Materiales que no están instalados, pero que constituyen pérdidas por daño, accidente y complejidad del sistema. - Transporte de materiales: Transporte de materiales desde la fábrica o centro de distribución hasta la mina. - Costos de perforación: Se considera los factores como, por ejemplo: diámetro y profundidad del taladro, capacidad de perforación, tipo de equipo usado, etc. - Costo de instalación: Incluye los costos de equipos de instalación como plataformas de transporte de materiales al lugar de colocación del perno, generadores de fuerza, costos de mantención de perforadoras (solo instalación de pernos), equipos de impacto, torsión, inyección o bombas hidráulicas. - Costos de mano de obra: Mano de obra de la operación, las variaciones de tiempo no relacionados con la actividad del empernado no deben considerarse como por ejemplo descanso en el almuerzo, ir al lugar de trabajo, etc.

2.4.2. Costos Indirectos Son costos no relacionados directamente con el empernado, no dependen de las actividades de refuerzo de la excavación, pero son parte del ciclo de excavaciones y avance del frente. Los costos indirectos, pueden ser significativos debido a las condiciones del lugar de trabajo, por falla de roca, drenaje, interferencia con la producción de mineral, pérdidas de tiempo crítico, etc. Otros costos como pérdida de producción, atrasos en el cronograma, perjuicios y daños al hombre y equipos, encarecen el costo final de la obra, por lo que son referidos como costos marginales al trabajo de empernado.

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3. APLICACIÓN PRECIO UNITARIO DE INSTALACIÓN DE SPLIT SET DE 5’

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PRECIO UNITARIO DE INSTALACIÓN DE SPLIT SET DE 7’

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PRECIO UNITARIO DE INSTALACIÓN SPLIT SET 7’

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El tipo de cambio es 1US$ = S/. 3.40

Costo por Unidad = 19.4 US$

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COSTOS UNITARIOS DE SOSTENIMIENTO CON SPLIT SET 8’(Mecanizado) OPERACIÓN

PRESUPUESTADO

REAL

(US$/perno)

(US$/perno)

Δ

Δ%

SOSTENIMIENTO CON SPLIT SET

12.49

12.49

0.00

0.00

MANO DE OBRA

0.76

0.76

0.00

0.00

OPERADOR DE JUMBO

0.26

0.26

0.00

0.00

AYUDANTE DE JUMBO

0.47

0.47

0.00

0.00

CAPATAZ

0.03

0.03

0.00

0.00

MATERIALES

7.21

7.21

0.00

0.00

BARRAS DE PERFORACIÓN 8 pies

0.15

0.15

0.00

0.00

BROCA 35 mm

0.07

0.07

0.00

0.00

SHANK ADAPTER

0.06

0.06

0.00

0.00

COOPLING

0.04

0.04

0.00

0.00

6

6

0.00

0.00

ADAPTADOR PERNO

0.77

0.77

0.00

0.00

MANG. DE 1 pulgada

0.12

0.12

0.00

0.00

4.52

4.52

0.00

0.00

4.52

4.52

0.00

0.00

LABORES DE DESARROLLO

PERNO SPLIT SET

EQUIPOS JUMBO DE 1 BRAZO

VARIACIÓN

16

PRECIO UNITARIO INSTALACIÓN BARRA HELICOIDAL 6’(convencional)

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PRECIO UNITARIO DE INSTALACIÓN DE BARRA HELICOIDAL DE 7’:

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4. CONCLUSIONES En el presente trabajo se determinaron las siguientes conclusiones: 

El costo de sostenimiento en minería convencional siempre va a ser mayor que en minería mecanizada.



La calidad de la roca es un factor importante para la determinación de los costos unitarios de sostenimiento. Cuando la calidad de la roca es mala, el costo de sostenimiento es mayor que cuando la calidad de la roca es buena.



Es necesario hacer pruebas de anclaje “Pull Test” para determinar si el anclaje está funcionando correctamente.

5. RECOMENDACIONES 

Para reducir los costos en la instalación de barras helicoidales, es necesario hacer una variación en los cartuchos, usándose cartuchos de resina en el fondo y cartuchos de cemento en la boca.



En proyectos civiles se recomienda usar pernos helicoidales debido a su capacidad de carga.



No se debe usar cualquier barra como sostenimiento, pues puede resultar en un mayor costo, pobre sostenimiento y conllevar a accidentes fatales.

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