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• Jeanpierre Rafael Diaz Montoya

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS GEOLOGÍA Y CIVIL ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

SOSTENIMIENTO CON CIMBRAS CURSO

: MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA II MI-543

DOCENTE

: Ing. BERROCAL ARGUMEDO, Kelvis.

ALUMNOS :

HUMAREDA ROMERO, Ivan LUDEÑA BERROCAL, Christian NUÑEZ VARGAS, Joel SOTO MELGAR, Hugo URBANO QUISPE, Cayo

AYACUCHO _ PERÚ 2019

DEDICATORIA El presente trabajo está dedicado a nuestros padres quienes nos apoyan y son el pilar de nuestra formación académica.

Contenido RESUMEN ................................................................................................................................ 4 Capítulo I ................................................................................................................................... 5 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 5 Capítulo 2 ................................................................................................................................... 6 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL ................................................................................... 6 2.1 CLASIFICACION GEOMECANICA. ............................................................................ 6 2.1.1.

RMR de Bieniawski................................................................................................. 6

2.1.2.

Q DE BARTON..................................................................................................... 10

2.1.3. INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI – GEOLOGICAL STRENGH INDEX). ...................................................................................................... 13 2.2.

IMPORTANCIA DEL ACERO ................................................................................ 17

2.3.

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL ACERO ........................................... 17

2.4.

Cimbras metálicas ..................................................................................................... 19

2.4.1.

CIMBRAS RÍGIDAS .......................................................................................... 19

2.4.2.

CIMBRAS DESLIZANTES ............................................................................... 20

2.5.

LOS ACCESORIOS EN ESTE SISTEMA DE SOSTENIMIENTO ....................... 22

2.1.

Calidades De Las Cimbras ........................................................................................ 23

2.2.

ESPECIFICACIONES DEL ESTÁNDAR ............................................................... 24

2.3. PETS: PROCEDIMIENTO DE TRABAJO SEGURO EN LA INSATALACIÓN DE CIMBRAS METÁLICAS ............................................................................................. 25

RESUMEN El sostenimiento de las obras subterráneas debe permitir, controlar y mantener la estabilidad de las excavaciones para la seguridad del personal que trabaje o circule por ellas, a lo largo de la vida útil de las labores. El diseño del sostenimiento debe realizarse teniendo en cuenta las características del terreno, las dimensiones de las labores, las condiciones impuestas por la explotación como disponibilidad y facilidad de la instalación y las posibles influencias de explotaciones próximas. Se tiene que tener en cuenta la deformación que va a sufrir la estructura sostenida que debe ser compatible con el tiempo y servicio previstos, diseñándola siempre teniendo en cuenta los términos económicos. El comportamiento del macizo rocoso ante las acciones naturales e inducidas determina las condiciones de estabilidad y como consecuencia las medidas de sostenimiento a aplicar. Dicha respuesta dependerá principalmente de las características geotécnicas de la masa rocosa. Si la roca es competente, con características mecánicas y resistentes elevadas y las juntas no son desfavorables, básicamente no aparecerán problemas durante las excavaciones, pudiendo comportarse de manera autoportante sin necesitar ningún tipo de refuerzo ni de sostenimiento. Por el contrario, si la roca es incompetente, con baja resistencia y las discontinuidades son desfavorables, presentará dificultades cuando se trabaje en ella. Entre los dos extremos existirán materiales de calidad intermedia. En base a dicha calidad y comportamiento del terreno al verse afectado por la excavación, se diseñará el sostenimiento óptimo según las necesidades de cada labor. En el proyecto debe incluirse un plan de control que permita conocer razonablemente el comportamiento del sostenimiento y los desplazamientos del terreno circundante, tanto en las distintas fases constructivas como en las de utilización. El cálculo del sostenimiento de las obras subterráneas se puede efectuar mediante métodos analíticos, observacionales, empíricos y numéricos. Con la cual se podrán definir el tipo de sostenimiento necesario en este caso cimbras Como buena práctica sería conveniente realizar comparativas entre los modelos de sostenimiento óptimos según cada uno de los métodos, no siendo aconsejable tomar como referencia un único método.

Capítulo I INTRODUCCIÓN Este típico sostenimiento pasivo o soporte es utilizado generalmente para el sostenimiento permanente de labores de avance, en condiciones de masa rocosa intensamente fracturada y/o muy débil, sometida a condiciones de altos esfuerzos. Para lograr un control efectivo de la estabilidad en tales condiciones de terreno, las cimbras son utilizadas debido a su excelente resistencia mecánica y sus propiedades de deformación, lo cual contrarresta el cierre de la excavación y evita su ruptura prematura. La ventaja es que este sistema continúa proporcionando soporte después que hayan ocurrido deformaciones importantes. Las cimbras son construidas con perfiles de acero, según los requerimientos de la forma de la sección de la excavación, es decir, en forma de baúl, herradura o incluso circulares. Hay dos tipos de cimbras, las denominadas "rígidas" y las "deslizantes o fluyentes". Las primeras usan comúnmente perfiles como la W, H, e I, conformadas por dos o tres segmentos que son unidos por platinas y pernos con tuerca. Las segundas usan perfiles como las V y Ω, conformadas usualmente por tres segmentos que se deslizan entre sí, sujetados y ajustados con uniones de tornillo.

Capítulo 2 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 2.1 CLASIFICACION GEOMECANICA. Los métodos empíricos para el cálculo de sostenimientos se basan en las clasificaciones geomecánicas, y se utilizan de forma habitual para el diseño previo y estudios preliminares de obras subterráneas. Representan un gran número de experiencias prácticas sobre casos históricos y ofrecen una solución aproximada, rápida y sencilla al diseño del sostenimiento.

Entre las distintas clasificaciones para túneles y excavaciones subterráneas propuestas destacan las de TERZAGHI (1946), LAUFFER (1958), DEERE et al (1967), WICKHAM et al (1972), BENIAWSKI (1973) y BARTON et al (1974). La gran aportación de estas clasificaciones ha sido la de parametrizar y establecer un lenguaje común entre geólogos, ingenieros y constructores. En el caso de las minas, las clasificaciones y en especial los estadillos de trabajo deben de estar en cierto modo pre-diseñados o preestablecidos para las características propias del entorno: fracturas según una única familia (modelos de capas), cuñas, zonas de intensa fracturación, fallas y circulación de agua, emboquilles, etc. Las clasificaciones más utilizadas en la actualidad en obras subterráneas, son la RMR (Índice FMR) y la de Barron (índice Q). En su utilización, se requiere un minucioso reconocimiento geológico, ya que al no cuantificarse el factor de seguridad, existen ciertas limitaciones.

Por otro lado, en el caso particular de Q, se puede obtener el mismo índice a partir de diferentes parámetros, procedentes de casos en los que se precisaron diferentes sostenimientos. Ambas clasificaciones “se complementan y correlacionan entre sí” (Barton y Beniawski, 2007). 2.1.1. RMR de Bieniawski La clasificación RMR- Rock Mass Rating (Bieniawski 1973, con actualizaciones en 1979, 1989 y 2014 por Bieniawski, P. Varona, B. Celada, I. Tardáguila y A. Rodríguez) sirve para caracterizar macizos rocosos según su calidad en función del índice obtenido. Tiene en cuenta los siguientes parámetros:  Resistencia a compresión simple de la roca.  Parámetro RQD (rock quality designation Deree et al. 1967).  Estado de las discontinuidades.

 Espaciado de las discontinuidades.  Condiciones hidrogeológicas.  Orientación de las discontinuidades respecto a la excavación. La suma de la puntuación de cada uno de los parámetros se expresa mediante el índice RMR cuyo valor oscila entre 0 a 100. Cuanto mejor es la calidad de la roca, más elevado es dicho valor. De esta manera, Bieniawski distinguió cinco clases de roca.

El geólogo americano D. Deer que desarrollaba su trabajo profesional en el ámbito de la mecánica de rocas, postula que la cantidad estructural de un macizo rocoso puede ser estimada a partir de la información dada por la recuperación de trozos intactos de sondajes efectuados con perforación diamantes, sobre esta base propone el índice cuantitativo RQD.

𝑅𝑄𝐷 =

∑ 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑜𝑧𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖𝑔𝑜 > 10𝑐𝑚𝑥100 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

Basándose en rangos de valores de RQD, el medio rocoso es caracterizado según su calidad de acuerdo al siguiente cuadro:

Rangos de valores RQD RQD (%)

Calidad de roca

90 – 100

Muy buena

75 – 90

Buena

50 – 75

Mediana

25 – 50

Mala

0 – 25

Muy mala

Clases de macizos rocosos según el índice RMR.

Plantilla para el cálculo del RMR de Bieniawski

Orientación de la excavación en relación a las capas

La clasificación de BIENIAWSKI indica explícitamente el tipo de sostenimiento y modo de excavación a emplear según la categoría RMR, tal y cómo se refleja en la Tabla 7, para las secciones mineras típicas en herradura y anchura máxima de 10 m. La Figura 28 permite estimar, la longitud de pase (vano auto portante) y el tiempo que el terreno puede permanecer sin soporte. Sostenimientos a partir del índice RMR.

Longitudes de pase y tiempos de estabilidad sin soporte (Bieniawski, 1989)

2.1.2. Q DE BARTON En esta clasificación se catalogan los macizos rocosos según el denominado índice de calidad 𝑄 (Barton et al. 1974):

El valor numérico del índice Q se calcula mediante la siguiente fórmula

𝐐 = (

𝐑𝐐𝐃 𝐉𝐫 𝐉𝐰 )𝐱( )𝐱( ) 𝐉𝐧 𝐉𝐚 𝐒𝐅𝐑

Basado en los seis parámetros siguientes: RQD = es el índice de calidad de la roca de Deere. Jn: Parámetro que representa el número de familias de diaclasas (Joint Set Number). Jr: Parámetro que representa la rugosidad de las diaclasas. Ja : Parámetro que representa el grado de alteración de las diaclasas. Jw: Parámetro de reducción que representa la influencia del agua en las diaclasas. SRF: Parámetro que representa el factor de reducción por esfuerzos.

Agrupando los 6 parámetros en tres factores: RQD/Jn: Tamaño de los bloques. Jr/Ja: Resistencia al cizallamiento entre bloques. Jw/SRF: Esfuerzos activos. El 𝐸𝑆𝑅 (Excavation Support Ratio que depende del tipo de excavación) es un factor de seguridad que modifica el De en función del uso futuro de la obra subterránea: p.ej. minora el diámetro para galerías mineras y lo mayora para cavernas de uso industrial o civil. En la tabla siguiente se muestran los valores adoptados para el 𝐸𝑆𝑅 en función del tipo de obra a construir. Valores del índice ERS de la clasificación Q (Barton, 2000).

DIAGRAMA Q Y CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO

Sostenimientos según el índice 𝑸 (Barton, 2000).

INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI – GEOLOGICAL STRENGH INDEX). Hoek (1994), el GSI es un nuevo índice de calidad para macizos rocosos y se basa en la 2.1.3.

identificación y clasificación en campo de dos características fundamentales: la macro estructura y la condición de las superficies de las discontinuidades, es estimado a partir de inspecciones visuales del macizo rocoso expuesto en las superficies de excavación, tales como afloramientos, taludes y túneles, proporciona un sistema para estimar la reducción de la resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geológicas mostradas. Para macizos rocosos caracterizados por un GSI mayor 25, este puede ser determinada a partir del RMR. Estimación del Índice de Resistencia Geológica GSI (2002). (1) Superficies bien rugosas, frescas sin meteorización (2) Rugosa, ligeramente meteorizada, superficies con manchas ferrosas (3) Lisas, superficies moderadamente meteorizada o alterada. (4) Presencia de espejo de falla, superficies altamente meteorizada con recubrimiento compacto o rellenos de fragmentos angulares

(5) Espejo de falla, superficies altamente meteorizada, con recubrimiento blandos de arcillas o rellenos.

Muy Mala (5)

Mala(4)

Regular (3)

Buena (2)

Muy Buena (1)

Características del Macizo rocoso para estimar la resistencia a través del GSI: Basándose en la apariencia de la roca escoja la categoría de considere que proporcione la mejor descripción de las condiciones medidas insitu no perturbadas

Superficie

Características del Macizo rocoso a través del GSI

ESTRUCTURA i Masiva o intacta Especialmente de roca intacta o roca masiva insitu con

90

pocas discontinuidades ampliamente espaciadas 80 70

Fractura de Bloques Macizo rocoso no perturbado y muy bien entrelazado, consistiendo en bloques cúbicos formados por tres familias ortogonales de discontinuidades

Fracturada en bloques perturbada/agrietada Plegada y/o fallada con bloques angulares, formada por intersección de algunas familias de discontinuidades. Estratificación o esquistosidad persistente Desintegrada Pobremente entrelazada, considerablemente fragmentada con una combinación Cizalla/Laminada Carece de bucosidad, el espaciado es próximo debido a los débiles planos de esquistosidad o de cizalla.

50

Disminución del entrelazamiento de las Piezas de Roca

Muy Fracturada de Bloques Macizo rocoso entrelazado, parcialmente perturbado con bloques angulares polifacéticos formados por cuatro o más familias de discontinuidades

60

40 30

20

10

5

Cartilla Geomecánica para determinar la clasificación GSI/RMR

2.2. IMPORTANCIA DEL ACERO Las cualidades del acero como material de sostenimiento lo han llevado a desplazar a la madera en muchas minas, especialmente en las de carbón en donde las galerías se mantienen abiertas hasta 10 años como galerías de arrastre y retorno para el aire de ventilación. Las características básicas del acero se pueden resumir como sigue:  Es un material muy homogéneo, manufacturado metalúrgicamente, libre de defectos naturales, por lo que se pueden usar en el diseño cuyos factores de seguridad sean aún más bajos.  El acero tiene módulo de Young (E = 210 000 x MPa) mucho más elevado que otros materiales estructurales, lo que le da una ventaja contra las deformaciones, flambeo, etc.  El acero se puede manufacturar en forma de aleaciones que tienen un conjunto de los altos requerimientos para el diseño.  El acero es el material que resulta menos afectado por las condiciones atmosféricas como la temperatura y la humedad. Por otra parte, es un material muy costoso. Los túneles o socavones que están apoyados en arcos de acero, representan un costo importante de capital que las minas más pequeñas no se pueden permitir.

2.3. CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL ACERO 2.3.1. Estructura Química Químicamente, el acero es una aleación de hierro y de carbono. Existen algunos materiales como el fosforo (0.01-0.04%) y el azufre (0.01-0.04%), que se presentan como impurezas y otros materiales, los más comunes son:  Manganeso: Neutraliza la perniciosa influencia del azufre y del oxígeno, desoxidante, permite laminar y forjar aceros, (0.3-0.8%).  Silicio: Aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante, aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.

 Níquel: Produce gran tenacidad, permite descender los puntos críticos, incrementa el límite de elasticidad, destaca en los aceros Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, utilizado en la fabricación de aceros inoxidables, se encuentra en un 8-20% en los aceros.  Cromo: Elemento especial más utilizado en la aleación de aceros, Varía de 0.3-30%, incrementa la dureza y la resistencia a la tracción, mejora la templabilidad, Aumenta la resistencia al desgaste, Forma carburos muy duros, Proporciona características inoxidables y refractarias.  Molibdeno: Aumenta la profundidad de endurecimiento, aumenta la tenacidad, aumenta la resistencia a la corrosión. Para los ademes de acero en las minas, se usa un acero común de resistencia 37-52 ksi y que satisface la mayoría de las especificaciones estructurales. Las aleaciones se utilizan para satisfacer condiciones especiales.

2.3.2. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. En el estudio sobre las características mecánicas del acero se tienen que considerar la relación esfuerzo-deformación, la resistencia, los tipos de ruptura, la dureza y el diseño. Relación esfuerzo-deformación. La figura N° 02 muestra una curva típica de esfuerzo deformación. Esta es la curva común en donde el módulo de elasticidad de Young se toma como E = 2.1 x 106 Kg/cm2. La proporción lineal continúa hasta el punto 0.2% de deformación. Después de este punto, tiene lugar un espacio de “fluencia” con deformaciones constantes, y la falla sucede después que se ha alcanzado estos límites.

La resistencia a la ruptura por tensión del acero se proporciona en la formula empírica siguiente: σ = 0.00077 (38000 + C [700+2.94Mn) + 30Mn + Mn/200(48+2.35C) + 1000P + 340Si] Donde: σ = Esfuerzo a la ruptura por tensión, KSI C = Carbono, 0.01% Mn = Manganeso, 0.01% P = Fosforo, 0.01% Si = Silicio, 0.01% 2.4. Cimbras metálicas Las cimbras son construidas con perfiles de acero, según los requerimientos de la forma de la sección de la excavación, es decir, en forma de baúl, herradura o incluso circulares, siendo recomendable que éstos sean de alma llena. El sostenimiento con cimbras metálicas se tiene que usar en rocas mala IV-A y IV-B cuyo espaciamiento debe ser calculado y para su encostillado tanto lateral como en bóveda usar planchas metálicas acanaladas cuando la presión del techo no sea tan grandes.

Tipos de cimbras Hay dos tipos de cimbras, las denominadas “rígidas” y las “deslizantes o fluyentes”.

2.4.1. CIMBRAS RÍGIDAS Las cimbras rígidas usan comúnmente perfiles como la W, H, e I, conformadas por dos o tres segmentos que son unidos por platinas y pernos con tuerca.

2.4.2. CIMBRAS DESLIZANTES Las cimbras deslizantes o fluyentes usan perfiles como las V y Ω, se componen de dos o tres segmentos, sujetados y ajustados con uniones de tornillo. Para los arcos de 2 secciones, ambas mitades deslizan uno respecto a la otra. En el caso de 3 secciones, la sección superior se desliza entre los elementos laterales. Aproximadamente cada 15 días, los elementos tensores se aflojan y los arcos se deslizan y convergen; de esta manera, los esfuerzos se aminoran en ellos y se eliminan las deformaciones.

1) Una unión abrazando los perfiles, provee resistencia a la flexión. 2) Perfil omega de las cimbras Deslizantes. 3) Tornillos, que apretados deben proveer una correcta resistencia al deslizamiento. 4) El rozamiento entre perfiles y entre perfiles y grapas. 5) Características estáticas y equilibrado:  Resistencia al pandeo.  Resistencia a la deformación en la zona plástica.

Fig. : Abrazaderas de cimbras deslizante omega.

Tabla: Dimensiones de las grapas de la cimbra T-H (omega).

Dimensiones

Datos Técnicos Peso de la grapa G-400 o G - 5 Par de apriete

(Kg) (Kg.m) A(mm) H(mm) e/c (mm) M I (mm)

N - 21 4.17 25 - 30 155 130 26 M -20 90

N - 29 8.8 35 - 40 186 185 32 M - 24 90

N - 36 10 40 - 45 212 205 32 M - 24 90

2.5. LOS ACCESORIOS EN ESTE SISTEMA DE SOSTENIMIENTO  MARCHAVANTES: Pueden ser tablas o rieles de 3 metros de longitud, con un extremo en punta, que sirve para controlar los derrumbes del techo de una labor en avance, se usa antes de colocar el sostenimiento.  INVERT: Solera invertida que sirve aumentar la resistencia de las cimbras frente a las presiones laterales.  CANCAMOS: Estacas de fierro, acero o madera, dentro de un taladro de 2 pies que se anclan con la finalidad de servir de punto de anclaje, apoyo o sujeción.  ENCOSTILLADO DE MADERA: Entablado de la parte lateral de una cimbra con la finalidad de controlar el desplome de la roca de las paredes de una labor.  TIRANTES O DISTANCIADORES: Fierro corrugados de diámetro ¾”, de 1m de longitud que sirve para distanciar de manera homogénea y unir una a una las cimbras adyacentes.  TOPEADO DE CIMBRAS: Es el rellenado del espacio entre el entablado de las cimbras y las paredes de la excavación. De tal manera que quede lleno y apretado.  CONVERGENCIA: Tendencia de una excavación a cerrarse por efecto de las presiones circundante a la labor.

2.1. Calidades De Las Cimbras Para el rango de los tamaños de las excavaciones, las cimbras rígidas comúnmente utilizadas son: Las cimbras 4W13 perfiles “Wide flange” (patín ancho) o perfil “W" de 4”x 4” y 13 lb/pie, espaciadas de 0.5 a 1 m, las mismas que corresponden a cimbras ligeras para excavaciones de 3 m de abierto. En caso de altas presiones del terreno, estas cimbras podrían construirse a sección completa, colocando una solera (Invert) centre las patas (Según las condiciones del terreno). En los casos que las cimbras indicadas no fueran suficientes, por las altas presiones de la roca, pueden utilizarse cimbras medianas como las del tipo 6W20. Las cimbras 6W20 también son comúnmente utilizadas para excavaciones con abiertos de hasta 5 m. Para que el sistema de soporte pueda actuar debidamente, es necesario considerar algunos aspectos importantes en su instalación.  Las cimbras deben estar completamente verticales, aceptándose una inclinación máxima de +/- 3o con respecto a la vertical.  Las cimbras se deben instalar de manera perpendicular al eje de la labor.  Todos los tirantes o Distanciadores deben estar colocados, ya que de esto depende que el conjunto de cimbras resista adecuadamente.  Estrecho o apretado contacto entre el contorno de la excavación y la cimbra la cual debe distribuir la presión en todo su perímetro, a fin de desarrollar tempranamente su capacidad de sostenimiento, antes de que las presiones se acumulen puntualmente y deformen las cimbras antes de que esta haya soportado en toda su capacidad.

2.2. ESPECIFICACIONES DEL ESTÁNDAR Parámetros Geomecánicas:  Los arcos de acero “cimbras” deben ser utilizados en terrenos malos y muy malos, con RMR menores a 30, de las clases V.  Los arcos de acero podrán ser de viga H-4 ó H-6, de dos cuerpos, cualquier cambio en su diseño, será evaluado y autorizado por el geomecánico.  Los tirantes deben ser de fierro corrugado de ¾”, según espaciamiento entre cimbras y doblados 12 cm en cada extremo de 1.00 a 1.50.  Las planchas de unión son de 8” x 8” x 1/2” y los pernos de 2” x 7/8”.  El espaciamiento entre cimbras será entre 1.00 a 1.50 m según el tipo de roca y/o factores influyentes, de acuerdo a la cartilla geomecánica.  Cumplir con el alineamiento, verticalidad y gradiente de las cimbras, según el diseño de la labor.  Se excavarán patillas de 30 cm. como mínimo para la pata corta, y para la pata larga 50 cm., para asentar los extremos o zapatas de las cimbras.  Instalar 6 tirantes de fierro corrugado por cada arco de acero.  Instalar la cimbra perpendicular al eje de la labor.  Usar dados de concreto en terrenos arcillosos o tipo panizo.  Usar bolsacrete de la mezcla de 1 m3 (3 carretillas) de arena gruesa más 1 bolsas de cemento. para rellenar los vacíos.  Usar puntales de madera de 10 cm. (4”) diámetro y 3.0 m. de longitud, como marchavantes, para la colocación de cimbras en casos en que el terreno presente elevaciones debido a un desprendimiento de roca. En algunos casos los marchavantes serán rieles de 30 lbs.  En la instalación de cimbras usar planchas metálicas acanaladas tipo onduladas de 2 mm de espesor x 55 cm de ancho x 1.50 m de longitud.  La instalación de cimbra se realizará con el apoyo de andamios previamente inspeccionados.  En las rampas no se utilizará los andamios como apoyo para el armado de cimbras.  El concretado de la cimbra será de 0.60mts considerando desde la zapata.

 El empaquetado de las cimbras se realizará cada cimbra instalada.  Se colocará topes al inicio y al final de las cimbras para asegurar su estabilidad.

2.3. PETS: PROCEDIMIENTO DE TRABAJO SEGURO EN LA INSATALACIÓN DE CIMBRAS METÁLICAS PERSONAL 

Maestro 1, 2 y 3 Operación Mina-Perforista.



Ayudante 1 y 2 Mina de Perforista.



Peón Mina.

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL  Mameluco con cintas refractivas.  Protector tipo sombrero.  Barbiquejo.  Lentes de seguridad.  Respirador.  Cartucho para polvos.  Protector auditivo.  Guantes de nitrilo o cuero.  Botas de jebe con punta de acero.  Correa porta lámpara.

EQUIPO / HERRAMIENTAS / MATERIALES.  Lámpara minera.  Juegos de barretillas.  Motosierra o corvina.  Pico.  Azuela.  Llave de boca de 15/16”  Nivel.  Plataforma.  Escalera.  Cimbras y sus elementos de sujeción.  Máquina de soldar.

 Equipo Oxicorte.  Cemento y arena.  Tablas de 3”.  Planchas Acanaladas. PROCEDIMIENTO  Verificar y registrar en la Inspección Diaria de Labores (Check List): la ventilación, herramientas, tiros cortados, sostenimiento, fracturamiento del techo, hastiales y el frente de la labor.  Realizar orden y limpieza.  Realizar el desate de rocas siguiendo los pasos descritos en el PETS de Desatado de Rocas.  El desatado se debe realizar cada vez que se detecte rocas sueltas, producto de una inspección constante del frente de trabajo.  En caso de ser necesario se aplicará shotcrete preventivo.  Retirar y/o proteger las instalaciones, conexiones, herramientas, equipos.  El personal de mantenimiento eléctrico protegerá el cable eléctrico.  Verificar la sección correcta de la labor para la instalación de las cimbras y proceder a coordinar el plan de trabajo con el ayudante.  Colocar a 15 m de los accesos del área a sostener, avisos preventivos que indiquen: “PROHIBIDO EL INGRESO”.  Preparar “bolsacretes” (1m3 de arena y 2 bolsas de cemento).  Acondicionar la sección de la labor.  Cortar las tablas de 3” de acuerdo al espaciamiento de cimbras según la evaluación geomecánica.  Instalar la plataforma. Para ello, colocar los caballetes y sobre ellas las tablas en cada canal de 2’’ x 8’’ x 10’.  Colocar pre sostenimiento de acuerdo a la recomendación geomecánica.  Controlar el punto de dirección y gradiente para el armado de la cimbra.  Excavar las patillas en ambos sitios con sección de 0.4 x 0.4 m, y con profundidades de 0.3 m y 0.4 m en el lado de la cuneta.  En las patillas excavadas parar los postes y alinearlos con la cimbra anterior.  Montar el arco de la cimbra sobre los postes y:



Levantar los elementos de la cimbra, haga el esfuerzo con ambas piernas, manteniendo un pie detrás y el otro al lado del objeto que va a levantar e inicie el levantamiento con el impulso dado por el pie colocado detrás.



Cimbra tipo H: hacer coincidir la platina superior del poste con la platina del arco para colocar los pernos con su tuerca y ajustar.



Cimbra tipo THN (Omega): colocar las abrazaderas haciendo coincidir los canales, los pernos y tuercas alineando el arco con la cimbra anterior, y verificar la altura del arco antes de ajustar.

 Colocar y/o ajustar los espaciadores entre cimbra y cimbra para mantener un espaciamiento adecuado. (dos por hastial y dos en la bóveda)  Una vez alineada la cimbra, proceder a soldar los distanciadores en sus dos extremos. Levantar las aletas de la plataforma. (tirantes de fierro corrugado ¾” entre cimbra y cimbra para formar una estructura).  Vaciar el concreto en las patillas (arena, piedra y cemento).  Entablar entre cimbra y cimbra no superponiendo las tablas.  Colocar ordenadamente las “bolsacretes” rellenando el espacio que queda entre el entablado y superficie de la roca.  En caso de utilizar planchas metálicas acanaladas, soldar en la parte posterior de la cimbra.  Las calaminas o planchas acanaladas deben de tener 1O cm más de espaciamiento entre cimbras, para los traslapes.  A medida que se van colocando las planchas se van soldando a la cimbra y colocando bolsacretes para llenar el espacio entre la roca y la plancha.  El bloqueo con bolsacretes entre la plancha acanalada y la superficie de la roca deben ser al 100% si fuese posible.  En labores de alta presión horizontal instalar el INVERT (rieles) en el piso y soldarlo.  En labores de alta presión lateral construir un muro de concreto (8 bolsas de cemento por 1m3 de arena) según la recomendación geomecánica. RESTRICCIONES  No se realiza el sostenimiento con cimbra si el caballete no está alineado o falta completar las tablas.  No usar escaleras en el armado de las cimbras.  No realizar el armado de cimbras si no se cuenta con todos elementos de la cimbra

 Todo equipo que se encuentre dentro del área de desatado debe ser retirado por personal autorizado.  No se debe realizar trabajos de soldadura si no se cuenta con el PETAR correspondiente. RIESGOS ASOCIADOS AL SOSTENIMIENTO POR CIMBRAS Los riesgos presentes en esta actividad son muy considerables ya que al trabajar en esta actividad estas expuesto a distintos tipos de riesgos, ya que de alguna otra forma alguna de ellas no se podrán controlarlas por falta de conocimiento de, tal manera que se empezarán a materializarse si no se realiza un buen procedimiento de trabajo y prevención Caída de rocas El riesgo relacionado a la caída de rocas, sigue siendo uno de los problemas y peligros más comunes en las operaciones en labores subterráneas, ya que al momento de hacer la instalación siempre hay la probabilidad de que se genera la caída de rocas, de manera que el trabajador estará expuesto a golpes considerables que le provocando lesiones, aplastamientos, cortes, caídas a nivel. Perforación de taladros Para realizar la instalación de las vigas o soportes del sostenimiento con cimbras, se deberán hacer perforaciones con taladro como punto de anclaje. Herramientas Al momento de realizar las tareas de sostenimiento se deberán utilizares herramientas específicas y adecuadas para las tareas, de manera que al utilizarlas los trabajadores estarán expuestos a se produzcan golpes, cortes, malas posturas, trabajos forzados, caídas a nivel. Tránsito El tránsito de equipos y de personal es frecuente en el desarrollo de las actividades ya que se requiere un grupo de personas quienes ejecutaran la tarea, de manera que también se generaran condiciones inseguras por parte de personal de trabajo como el desorden, herramientas mal posicionadas, generando tropiezos, caídas a nivel, cortes, golpes. Energía eléctrica Para la instalación de las cimbras se deberán de armar las estructuras en conjunto, de tal modo que se tendrá que utilizar energía eléctrica para las máquinas de soldar, de tal modo el personal estará expuesto a material particulado de sustancias químicas como humos metálicos, radiación, golpes, electrocución, quemaduras, explosiones.

2.4. ASPECTOS DE SEGURIDAD Y MEDIO AMBIENTE Dada la importancia del sostenimiento por las condiciones rocosas de mala a muy mala, se tiene especial cuidado en el diseño, elección de la cimbra y monitoreo de sus deformaciones. El diseño del sostenimiento nos permite determinar la carga rocosa a la cual está sometida el elemento de sostenimiento y nos permitirá encontrar la cimbra que pueda soportar esta carga. La elección del tipo de cimbra a usar dependerá del criterio del ingeniero a cargo quien tendrá en consideración el tiempo de vida requerido para la excavación y el costo del sostenimiento, de tal manera que garantice condiciones operativas y de seguridad adecuadas durante el tiempo requerido. El monitoreo de las deformaciones de las cimbras nos permitirá: conocer su comportamiento típico bajo la condición geomecánica en la que se encuentre, estimar el tiempo de vida aproximado de las cimbras y medir la efectividad de las medidas de control de las deformaciones. El monitoreo de las deformaciones es la base de la presente trabajo, ya que para poder optimizar, primero debemos conocer las fortalezas y debilidades iniciales. 

Monitoreo de convergencia de las cimbras

Al realizar una excavación subterránea se rompe el equilibrio de fuerzas dentro del macizo rocoso, apareciendo una serie de tensiones radiales en el perímetro de la superficie excavada. Dichas tensiones tienden a cerrar el hueco abierto, esta tendencia se llama CONVERGENCIA. Tanto las cimbras rígidas como deslizante llegado a su límite de deformación elástica, muestran deformaciones laterales y/o verticales. El control y seguimiento de estas deformaciones se llama “Monitoreo de Convergencias”. La principal causa del deterioro de las cimbras son las presiones laterales por lo que monitoreo de convergencias consiste en la toma de medidas de la dimensión lateral AC (ancho de las cimbras), eventualmente se han realizado controles de las dimensiones AB y BC (fig.), el cual nos ofrece resultados a corto y a mediano plazo.

Resultados a corto plazo: Los resultados a corto plazo son estimaciones y deducciones a partir de sucesos del momento, para lo cual se realizan mediciones de manera periódica y se registra en un formato en Excel, donde se muestran las 2 últimas medidas (fig.), con estas medidas se determina la VDL (Velocidad de Deformación Lateral) y se estima el tiempo de vida de las cimbras. Dentro del formato de registro se ha establecido un código de colores, que nos permite identificar a simple vista aquellas cimbras con grandes deformaciones y/o VDL aceleradas y tomar medidos de control.

Ancho crítico Cimbra nueva Velocidad máxima Deformación acelerada Próximos al ancho crítico Fig. Leyenda del formato para el registro de mediciones



Cimbra con ancho crítico: Cimbra con un ancho inferior a 2.5m



Cimbra nueva: Cimbra recientemente instalada (menos de 1 mes).



Velocidad máxima: La que presenta la mayor velocidad de deformación.



Deformación acelerada: Las cimbras que presentan VDL >1 cm/día.

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Con Invert: Aquella cimbra a la que se ha instalado solera invertida.

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Próximos al ancho crítico: Cuando se calcula que el tiempo de vida de la cimbra es menor que el tiempo requerido.

Se ha establecido por criterio operativos que el ancho mínimo aceptable de una cimbra es 2.5 m. Una cimbra con ancho inferior está en condición subestándar. Resultados a Mediano plazo: Tanto las mediciones realizadas y las VDL calculadas son registrados cronológicamente hasta fin de los días de la cimbras lo que nos permitirá entender el comportamiento de las cimbras y el efecto de las medidas de control tomadas, en función de sus factores influyentes.

EJERCICIOS DE ALPICACIÓN: Se desea calcular el tipo de sostenimiento a utilizar en el túnel cuya luz del techo es 5 metros en la cual se ha realizado una evaluación geomecanica del macizo rocoso y se encontró los siguientes parámetros: La resistencia a la compresión simple es 45 MPa, cuyo valor de RQD es 40% superficie ligeramente rugosa con aberturas de 3 mm., paredes moderadamente intemperizadas, la superficies de las diaclasas se encuentran Húmedas, separación entre discontinuidades de 5 cm y cuenta con un talud desfavorable al buzamiento, con relleno blando, con persistencia de 8 m.

PARÁMETROS Resistencia a la compresión simple

45 MPA

RQD %

40

Separación entre discontinuidades

5 cm Superficie

Condiciones de las discontinuidades

ligeramente

rugosa,

aberturas de 3 mm, persistencia de 8 m., con

relleno

blanda,

paredes

moderadamente intemperizadas Presencia de agua Corrección por orientación

con

Húmedo desfavorable al buzamiento

PARÁMET RO Resistenci a del 1 material de la roca intacta (MPa)

2 3

5

Índice carga puntual

>10

4-10

4-2

250-100

100-50

50-25

15 90-100 20 >2

12 75-90 15 0.6-2

7 50-75 10 0.6-0.2

4 25-50 8 0.2-0.06

20 125

0.1-0.2

0.2-0.5

>0.5

Ligeram. húmed húmedo o 10 7

goteand o 4

fluyendo 0

B. AJUSTES DE LA PUNTUACION PARA LA ORIENTACION DE DESCOTINUIDADES Orientación de rumbo y Muy favorable regular Desfavorab Muy buzamiento favorable le desfavorable Túneles y minas 0 -2 -5 -10 -12 Puntuaciones Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25 taludes 0 -5 -25 -50 -60

𝑹𝑴𝑹 = (𝟏) + (𝟐) + (𝟑) + (𝟒) + (𝟓) + 𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 𝑹𝑴𝑹 = 𝟒 + 𝟖 + 𝟓 + 𝟏𝟏 + 𝟕 + (−𝟏𝟎) 𝑹𝑴𝑹 = 25