Diseño de Ademes en Minas (listo).pdf

La presante obra as importante en las publicaciones mineras porque proporciona el diseño y eí cálculo de las dimensiones reaies de los ade mes para Jas Jas minas. S í se tienen en men te íe s casos que sa incluyen en este libro,.un ingeniero puede resolver sus propios problemas de ademe y hacer cálculos con la ayuda de numerosas tablas y fórmulas que se proporcionan en el mismo. Los seis capítulos abarcan ademes de madera, ademes de aesro en túneles, pernos de anclaje, anclaje armado, ademes de acero en las frentes largas largas,, adem es de con creto y material de relleno. relleno. Se dan como ejemplos numéricos, con dimensiones reales, los diseños de ios marcos de madera para túneles, arcos ds acero, pernos • de anclaje, postes y cabezales, ademes mecanizadas, concreto lanzado, revestimiento de concreto y relleno hidráulico. Ade m«s, se estudian d etalladam ente las propiedades propiedades físicas, m ecánicas e Ingeníenles de los materiales para ademes, tales como 1a madera, el acero, concreto y material de relleno. Por ía calidad de ías’expiscaciones, esquemas, problemas y amplitud Diseño ds ademes en min as es un libro de texto útil para ios estudiantes y profesores de la carrera de Ingeniería de ¡Vsinas, así como obra de consulta para los ingenieros de Ccsmoo.

ip

í V Vi

D IS E Ñ O D E A D E M E S Temas destacados de la obra:

e Ademes de madera madera s Diseño de ademes de madera madera e Adem es de acero para para tunelas » Diseño de arcos arcos rígidos s Pernos de anclaje anclaje ® Anclaje Anclaje armado armado s Ade mes de acero para Jas Jas fren tes largas largas © D i s eñ eñ o d e a d e m e s m e c an an i z a do do s s A d e m e s de de c o n c re re t o • Material da reilen o

E N M IN A S '

D IS E Ñ O D E A D E M E S E N M IN A S '

Temas destacados de la obra:


Versión Versión autorizada en español de la obra publicada en inglés por John Wüey & Sons, Inc., con el titulo DESIGN OF SUPPORTS ¡N MINES © John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-86726-8 Versión española: MARIO MORALES CASTRO Revisión técnica: DAVID GOMEZ RUIZ Ingeniero de Minas y Metalurgista y profesor de carrera de medio tiempo en la Facultad de ingeniería de !a Universidad Nacional Autón oma de México. Maestría en Ciencias en ei área de Economia Minera de la Universidad Estatal de Pennsylvania, EE. UU. Elaboración: S IST EM AS ED ITO RIA LE S TECNICO S, S. A. de C. V. La presenta ción y disposición en conju nco de DÍSEÑG DE ADEMES EN MINAS son pro pieda d del ed itor. Ning una parre de esla obra puede se r reproduc ida o ¡ransmiiida, me díanle ningún sistem a o método, electrónica electrónica o mecánico (incluyendo (incluyendo e! foiocopiado, la grabación grabación o cualquier sistema de recuperación y almacenamiento de información), sin consentimiento consentimiento por escrito escrito dei editor. Derechos reservados:

El Dr. Cemal Biron, jefe del Departamento de Ingeniería de Minas Minas de la U niversidad niversidad Técnica de Estambul y profesor visitante visitante del del Deoartamentó de Minas e Ingeniería de Minerales en el Instituto-Politécnico de Virginia y en la Universidad de este estado de EE. UU., durante el ano académico 1980-1981, impartió tres cursos para estudiantes de licenciatura y-postgrado: “Principios de mecánica de rocas”, “Intro ducción a la ingeniería de minas” y “Control del suelo en minas de carbón . Los ap untes y la información del último último curso se se han incor po ra do a e ste lib ro . E n las p ub lic ac ion es min era s se e nc ue nt ra n t ra tad os sobre mecamca de roca s y varios más sobre ademes de minas pero se ha visto que existe una necesidad en el área de diseño y cálculo de las ¿mansiones reales paxa los adem es en las las minas. £1 óresem e libro es crito por el Dr. Biron y el Dr. Arioglu, satisface plenamente esta’ne cesidad, al retornarlo con ejemplos numéricos aplicados a varios siste mas de ademes par a t ec ho s. E sta im po rta nt e c on tri bu ci ón pu ed e us arse como libro de texto para los estudiantes de de ingeniería ingeniería de minas y como -ibro ae consulta para los ingenieros de campo. Es un placer p ara m í respa ldar este esfuerzo crea tivo ei cua! es una contribución substancial a las publicaciones sobre ingeniería de minas en el importante campo de los métodos de ademe.

© I9S7, EDITORIAL LIMUSA, S.A. de C.V. Baideras 95, Primer piso, 06C40 México i, D.F.

J RICHARD LUCAS LUCAS J ef e de l D ep ar tam en to de Ing enie ría de Minas del Instituto Politécnico Politécnico de Virgini Virginiaa y de la Universidad EsEstata l de Blacksburg, Virginia, E£. UU. UU.

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Registro No. 121 Primera edición: 1987 Impreso 'en México (¿735)

ISBN 963-18-2143-2

Diciembre de 1982

D IS E Ñ O D E A D E M E S E N M IN A S '

Temas destacados de la obra:







ISBN 963-18-2143-2

Diciembre de 1982






ISBN 963-18-2143-2

Diciembre de 1982

Dep artam ento de Ing enie ría de Min as universidad Técnica de Estambul

Dep artam ento de Ing enie ría de Min as universidad Técnica de Estambul

Ei curso Con trol del suelo en las minas de carb ón” nos motivó a es cribir Di se ño d e A de m es en Mi na s" . Este libro se escribió para enseñar eí “concepto de diseño” a los estudiantes de minería. Los capítulos abarcan ademes de madera.-.arcos de acero para túneles, pernos de an claje, ademes de acero para frentes largas, ademes de concreto y uso de relleno com o ademe. Cada cap ítulo describo las propiedades físicas, mécanicas e ingeníenles de ios materiales que se utilizan, tales como madera, acero, concreto y relleno. las presiones que se generan en los túneles, frentes largas, etc. se calculan por medio de fórmulas prác ticas. El diseño de los marcos de madera pan túneles, arcos de acero, pe rn os de anc laj e, po ste s y ca bez ale s, ade me s “c am ina nte s” , c on cr eto lanzado, revestimiento de concreto en las tiros y relleno hidráulico se da en forma de ejemplos numéricos apegados a la realidad. CEMAL BIRON ERGINARIOGLU Es tam bu l, Tur quía .

Ei curso Con trol del suelo en las minas de carb ón” nos motivó a es cribir Di se ño d e A de m es en Mi na s" . Este libro se escribió para enseñar eí “concepto de diseño” a los estudiantes de minería. Los capítulos abarcan ademes de madera.-.arcos de acero para túneles, pernos de an claje, ademes de acero para frentes largas, ademes de concreto y uso de relleno com o ademe. Cada cap ítulo describo las propiedades físicas, mécanicas e ingeníenles de ios materiales que se utilizan, tales como madera, acero, concreto y relleno. las presiones que se generan en los túneles, frentes largas, etc. se calculan por medio de fórmulas prác ticas. El diseño de los marcos de madera pan túneles, arcos de acero, pe rn os de anc laj e, po ste s y ca bez ale s, ade me s “c am ina nte s” , c on cr eto lanzado, revestimiento de concreto en las tiros y relleno hidráulico se da en forma de ejemplos numéricos apegados a la realidad. CEMAL BIRON ERGINARIOGLU Es tam bu l, Tur quía .

! M K s a i a s w w s

Agradecimientos

Los autores agradecer, a los siguientes editores el permiso otoñado se" Es ím bu ?0 ^

v ,qUe h“ pUb,icado: Birsen PublishingHouB e r‘í n ; DU” 0 d ' * * * P e^ n , o n CUord > John Wiley & Sons, Nueva York. Nuestra gratitud a los

p o m d “ “

Un y N: A™ SlU POr la Prc Paracl'ó n del dise ño de la

t Z r ^ ,a n n tT S; a P- Adkins por escribfr a «' n í H ita•; Hutch mson y a A. Yttksel por la elaboración de tos dibujos para este libro. También, le agradecemos su estímulo al Dr. J. RKfaard Lucas y al Dr. E. Topuz del Instituto Polité.Sco d“ Ü

y-c Ta nV r Un¡vor?idad ^ ta ta l. Finalmente, los autores apn>' echan esta op ortunidad para dar las gracias a E. .W. Smcthurst y a

i

i3 I íi C. B, E. A.

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! M K s a i a s w w s

Agradecimientos

Los autores agradecer, a los siguientes editores el permiso otoñado se" Es ím bu ?0 ^

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Ü

i

i3 I íi C. B, E. A.

£

) \

I ¡ ¡ !

INTRODUCCIÓN

21

1.

2j

ADEMES DE MADERA

1.1 Esta do ac tual de los ade mes de mader a en las minas, 23 1.2 Características ingeníenles de la madera usada en las minas, 24 1.2.1 Estructura fibrosa. 24 1.2.2 Factores que afectan la madera, 25 1.2.3 Resiste ncia de ia madera, 26 1.3 Presiones en Los ademe s de madera, 48

!

] -3.1 Evaluación de las presiones. 43 1.3.2 Presione s en las galerías. 49 i .3.3 Presión en las fren tes largas, 54 1.4 Diseño de los ademes de madera, 61 1.4. i Principios de diseño, 61 r.4. 2 Ma rcos de ma dera en los túneles, 62 ' 1.4.3 Reíi:er?.os en los marcos de los túneles. 72 11

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INTRODUCCIÓN

21

1.

2j

ADEMES DE MADERA

1.1 Esta do ac tual de los ade mes de mader a en las minas, 23 1.2 Características ingeníenles de la madera usada en las minas, 24

I ¡ ¡ !

1.2.1 Estructura fibrosa. 24 1.2.2 Factores que afectan la madera, 25 1.2.3 Resiste ncia de ia madera, 26 1.3 Presiones en Los ademe s de madera, 48 ] -3.1 Evaluación de las presiones. 43 1.3.2 Presione s en las galerías. 49 i .3.3 Presión en las fren tes largas, 54

!

1.4 Diseño de los ademes de madera, 61 1.4. i Principios de diseño, 61 r.4. 2 Ma rcos de ma dera en los túneles, 62 ' 1.4.3 Reíi:er?.os en los marcos de los túneles. 72 11

12 COHíENIDQ

CONTENI DO

ífI-.4.4 Diseño óptimo 75 1 .4.5 Diseño de los ademes « las frentes largas, 79

^

2.

ADEMES DE ACERO PARA LOS TÚNELES

3.2.J ->.-.4 3.2.5 3 . 2.6

oO

2.1 Imp ortancia del acero, 85 2.2 Características ingeníenles del acero, 86

3.3

s r s ' cas de ios de mc nt ° s

^

2.3 Diseño de arcos rígidos, 90

3.4.1 Galerías de extracció n y ventilación, 139 3 A . Cánones de entrada de las frentes largas, 141 3.4. j F rentes largas, 143 3.4.4 Minas de metal, I44

2.4 Diseño de arcos (Mojí) ar tilla do s, 100

3.0 Ventajas de los pernos de anclaje 146 3.6 Anclaje armado, 14 6

2.4.1 Descripción de ios arcos articulados i 00 ^ ’ 2.4.2 Diseño de un arn 2.4.3 Diseño de un arco Mol! r 2rticulaciones, 302 arco Molí con tres articulaciones, 106

l' t' l l^ mC!Via ° hisEoria d^ anclaje armado , 146 D]seno del anclaje armado , 147

Diseño de los arcos cedenies, IOS 4.

2 5^ C¿cCulQC!°n dV ° S 3rC0S ced cíltes, 108 ~ ........ ^ CaiCUl° eSUinad0 d* los arcos cede ntes, i 10

113 ' Principio de ios pem os de anclaje 113 .Tipos de los pernos de anclaje, 115 l ' \ \ pernos de ranu™ y cuña, 115 rem os con concha de expansión. 117

ADEMES D£ ACERO 'EN LAS FRENTES LARGAS

15 3

4.1 Cambios en los ademes de acero de las frentes larcas 153  4.2 Postes y cabezales de acero, 156

PERNOS Y ANCLAJE AR M AD O 3,1

Estab ilidad dé los bloques anclados, 131 Lo ng itu d de los pernos, 134 Espaciamiento de los pernos, 134 Diámetro de los pernos, 135 Densidad de ios pemos, 136 Ejemplo numérico, 136

3.4 Aplicación de los pern os de anclaje, 139

2.3.1 Descripción de ios arcos rígidos, 90 -.3.2 Evaluación dei esfuerzo, 94 -.3.3 Diseño dei p ^ f ü del arco, 97 Aplicación numérica, 98

3-

Diseño de los perno s de anclaje, 131 33 .1 j- 3 ,2 3.0.3 3.J.4 3.3.5 3.3.6

2-2.1 Estruc tura química, 86 - .2.2 Características mecánicas,- 86

Pernos de anclaje con inyección de lechada, 12.0 Pernos de anclaje con resina, 122 Pernos de anclaje de madera, 127 Pruebas de los pernos de anclaje, 128

4.2.1 Postes de fricción, 156 4.2.2 Postes hidráulicos, 158 4.2.3 Cabezales articulados1, 161 4.3 Diseño de postes y cabezales, 16? 4 j . 1 Cálculo de la densidad de los postes. 163

^

12 COHíENIDQ

CONTENI DO

ífI-.4.4 Diseño óptimo 75 1 .4.5 Diseño de los ademes « las frentes largas, 79

^

2.


3.2.J ->.-.4 3.2.5 3 . 2.6

oO

2.1 Imp ortancia del acero, 85 2.2 Características ingeníenles del acero, 86

3.3

s r s ' cas de ios de mc nt ° s

^

2.3 Diseño de arcos rígidos, 90

3.4.1 Galerías de extracció n y ventilación, 139 3 A . Cánones de entrada de las frentes largas, 141 3.4. j F rentes largas, 143 3.4.4 Minas de metal, I44

2.4 Diseño de arcos (Mojí) ar tilla do s, 100

3.0 Ventajas de los pernos de anclaje 146 3.6 Anclaje armado, 14 6

2.4.1 Descripción de ios arcos articulados i 00 ^ ’ 2.4.2 Diseño de un arn 2.4.3 Diseño de un arco Mol! r 2rticulaciones, 302 arco Molí con tres articulaciones, 106

l' t' l l^ mC!Via ° hisEoria d^ anclaje armado , 146 D]seno del anclaje armado , 147

Diseño de los arcos cedenies, IOS 4.

2 5^ C¿cCulQC!°n dV ° S 3rC0S ced cíltes, 108 ~ ........ ^ CaiCUl° eSUinad0 d* los arcos cede ntes, i 10

ADEMES D£ ACERO 'EN LAS FRENTES LARGAS

113 '

4.2.1 Postes de fricción, 156 4.2.2 Postes hidráulicos, 158 4.2.3 Cabezales articulados1, 161

Principio de ios pem os de anclaje 113 .Tipos de los pernos de anclaje, 115

4.3 Diseño de postes y cabezales, 16?

l ' \ \ pernos de ranu™ y cuña, 115 rem os con concha de expansión. 117

4 j . 1 Cálculo de la densidad de los postes. 163

14

,

.

4.4 Adem es mecanizados, 166

5.2 Com ponentes del concr eto, 202

t ' Z J esarroII° de 105 ademes mecanizados, 166 4 ,4 .¿ l jpos de ademes mecanizados, 167 4.^,3 Descripción de ios ademes mecanizados, 171

5 . 2.1 5 .2.2 5.2.3 5.2.4

4.5 Diseño de los ademes mecanizados, 176

5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7 5.3.8 5.3.9

Ven tojas y desventajas de los ademes mecanizados, 195 4.6.1 Ventajas de los ademes mecanizados, 195 ' svcm ajasdt;los ademes mecanizados, 197 '

Relación agua/cem ento, 206 Compac idad, 207 Gran ulome tría de los agregados, 208 Condiciones de fraguado, 209 Condiciones de trabajo, 209 Preparación del concreto, 210 Transporte del concreto, 212 Vaciado y ma ntenimie nto dei concreto, 212 Resistencia del concreto, 213

5.4 •Uso del concreto en las minas, 215

4 .7 Apiicabilidad de los ademes mecanizado s, 19 7 4.7.J Condiciones del techo, 198 4.7.2 Condiciones del piso, 198 4.7.3 Espesor del manto, 198 4.7 .4. Inclinación del manto, 198 4.7.5 Fallas pequeñas, 198 4.7.6 • Agua en la frente, 199 4-7.7 Vida del “panel” , 199 4.7.8 Longitud de la frente y velocidad de avance, 199 cr /.y iNumero de turnos por día. 199 4.7.10 Sugerencias para una buena instalación, 200

5.4.1 5.4.2 5.4.3 y .4 5.4.5

Conc reto lanzado, 215 Concreto monolítico, 218 Revestimiento de túneles con bloques de concreto. 220 Revestimiento de concreto para ios tiros. 221 Techos artificiales, 221

5.5 Diseño del conc reto, 225 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5

201

5.1 Impo rtancia del concre to, 201 5.1.1 Vencajasdei concreto, 201

C emento, 203 Agregados, 203 Otros comp onentes, 204 Agua, 205

5.3 Garacterísticas ingeníenles del conc reto, 206

f 'J 'i ârametros Racionados con los ademes, 177 4.5.2 Sistema alemán, 180 4.5.3 Sistem a inglés, ISO 4.5.4 Sistema austríaco, 184 4.5.5 Sistema francés, 185 4.5.6 Sistema polaco, 187 4.5.7 Sistema estadounidense, 192

A D E M E S DE CONCRETO

15

5.1.2 Desventajas del concreto, 202

4.3.3 Dimensión de los cabezales, 166

4.6

^

CONTENIDO

CONTENI DO

a ' \ 2 ? e n e t r a C j ó n d e i ° s po ste s en el d í s o , 1 64

^

15 3

4.1 Cambios en los ademes de acero de las frentes larcas 153  4.2 Postes y cabezales de acero, 156

PERNOS Y ANCLAJE AR M AD O 3,1

Estab ilidad dé los bloques anclados, 131 Lo ng itu d de los pernos, 134 Espaciamiento de los pernos, 134 Diámetro de los pernos, 135 Densidad de ios pemos, 136 Ejemplo numérico, 136

3.4 Aplicación de los pern os de anclaje, 139

2.3.1 Descripción de ios arcos rígidos, 90 -.3.2 Evaluación dei esfuerzo, 94 -.3.3 Diseño dei p ^ f ü del arco, 97 Aplicación numérica, 98

3-

Diseño de los perno s de anclaje, 131 33 .1 j- 3 ,2 3.0.3 3.J.4 3.3.5 3.3.6

2-2.1 Estruc tura química, 86 - .2.2 Características mecánicas,- 86

Pernos de anclaje con inyección de lechada, 12.0 Pernos de anclaje con resina, 122 Pernos de anclaje de madera, 127 Pruebas de los pernos de anclaje, 128

/

Diseño para la preparación del concreto, 225 Diseño para el concre to lanzado, 227 Diseño para el revestim iento de tiros, 229 Diseño del indentad o de un tiro, 231 Diseño de techos artificiales, 233

--.^.Apéndice 5.1 Principales normas británicas, 234 Apéndice 5.2 Lista selecta de las normas sobresalientes de la ASTM, 236

1

14

,

.

CONTENIDO

CONTENI DO

a ' \ 2 ? e n e t r a C j ó n d e i ° s po ste s en el d í s o , 1 64

^

5.1.2 Desventajas del concreto, 202

4.3.3 Dimensión de los cabezales, 166 4.4 Adem es mecanizados, 166

5.2 Com ponentes del concr eto, 202

t ' Z J esarroII° de 105 ademes mecanizados, 166 4 ,4 .¿ l jpos de ademes mecanizados, 167 4.^,3 Descripción de ios ademes mecanizados, 171

5 . 2.1 5 .2.2 5.2.3 5.2.4

4.5 Diseño de los ademes mecanizados, 176

C emento, 203 Agregados, 203 Otros comp onentes, 204 Agua, 205

5.3 Garacterísticas ingeníenles del conc reto, 206

f 'J 'i ârametros Racionados con los ademes, 177 4.5.2 Sistema alemán, 180 4.5.3 Sistem a inglés, ISO 4.5.4 Sistema austríaco, 184 4.5.5 Sistema francés, 185 4.5.6 Sistema polaco, 187 4.5.7 Sistema estadounidense, 192 4.6

15

5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7 5.3.8 5.3.9

Ven tojas y desventajas de los ademes mecanizados, 195 4.6.1 Ventajas de los ademes mecanizados, 195 ' svcm ajasdt;los ademes mecanizados, 197 '

Relación agua/cem ento, 206 Compac idad, 207 Gran ulome tría de los agregados, 208 Condiciones de fraguado, 209 Condiciones de trabajo, 209 Preparación del concreto, 210 Transporte del concreto, 212 Vaciado y ma ntenimie nto dei concreto, 212 Resistencia del concreto, 213

5.4 •Uso del concreto en las minas, 215

4 .7 Apiicabilidad de los ademes mecanizado s, 19 7 4.7.J Condiciones del techo, 198 4.7.2 Condiciones del piso, 198 4.7.3 Espesor del manto, 198 4.7 .4. Inclinación del manto, 198 4.7.5 Fallas pequeñas, 198 4.7.6 • Agua en la frente, 199 4-7.7 Vida del “panel” , 199 4.7.8 Longitud de la frente y velocidad de avance, 199 cr /.y iNumero de turnos por día. 199 4.7.10 Sugerencias para una buena instalación, 200 A D E M E S DE CONCRETO

5.4.1 5.4.2 5.4.3 y .4 5.4.5

Conc reto lanzado, 215 Concreto monolítico, 218 Revestimiento de túneles con bloques de concreto. 220 Revestimiento de concreto para ios tiros. 221 Techos artificiales, 221

5.5 Diseño del conc reto, 225 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5

201

5.1 Impo rtancia del concre to, 201 /

5.1.1 Vencajasdei concreto, 201

Diseño para la preparación del concreto, 225 Diseño para el concre to lanzado, 227 Diseño para el revestim iento de tiros, 229 Diseño del indentad o de un tiro, 231 Diseño de techos artificiales, 233

--.^.Apéndice 5.1 Principales normas británicas, 234 Apéndice 5.2 Lista selecta de las normas sobresalientes de la ASTM, 236

CONTtAJlDO

6-

RELLEN O 6 . 1 - I m p o r t a n c i a d e í r e l le n o , 2 4 Í n o t a c i ó n

6-1-2 F u c n r t f d f m ^ r ^ f a f ^ ^ d TeíIeno’ 2 42 6 1 .3 V en r aj as d el r e i l e n o ^ T * 2 43 6-1.4 Desventajas del relleno, 245

6.2

Apl icaci ón d él os sKtPm^ ^ ,, Sístenius de relleno, 247 6-2.1 Relleno a mano, 247 Á ' \ ^ e i l e n o P o r g r a v e d a d , 2 4 7 Relleno mecánico, 249 / o t o S!¡Sn° ne uw át íc o, 250 °-~-5. Relleno hidráulico, 253 — 6 Co ns oli da ci ón del re lle no , 25 5

6 3 Diseflo del relleno hidráulico 2S7 6 ' 4 E “ " ° m j a d e i r el le n o, 2 64

A y a

273

t T ^ ,(" D Anáx

Reac ción lateral. Disrancia entre mareos. Reacción lateral. Separación de los pernos. Convergencia en Ja fren te. Dista ncia ent re cuñas. Densidad de ios postes. Tamaño máximo del agregado.

275

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S á m e l o del

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deferencias bib lio grá fic as Indice de autores índice

267

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Profundidad.

a l“ r a d d " CS0 i nm e d ia t0 ’ alc Distancia vertical del arco. 17

*

1

CONTtAJlDO

6-

RELLEN O 6 . 1 - I m p o r t a n c i a d e í r e l le n o , 2 4 Í n o t a c i ó n

6-1-2 F u c n r t f d f m ^ r ^ f a f ^ ^ d TeíIeno’ 2 42 6 1 .3 V en r aj as d el r e i l e n o ^ T * 2 43 6-1.4 Desventajas del relleno, 245

6.2

Apl icaci ón d él os sKtPm^ ^ ,, Sístenius de relleno, 247 6-2.1 Relleno a mano, 247 Á ' \ ^ e i l e n o P o r g r a v e d a d , 2 4 7 Relleno mecánico, 249 / o t o S!¡Sn° ne uw át íc o, 250 °-~-5. Relleno hidráulico, 253 — 6 Co ns oli da ci ón del re lle no , 25 5

6 3 Diseflo del relleno hidráulico 2S7 6 ' 4 E “ " ° m j a d e i r el le n o, 2 64

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273

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Reac ción lateral. Disrancia entre mareos. Reacción lateral. Separación de los pernos. Convergencia en Ja fren te. Dista ncia ent re cuñas. Densidad de ios postes. Tamaño máximo del agregado.

275

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deferencias bib lio grá fic as 267

Indice de autores índice

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17

NOTACIÓN n ot ac ió n

Pé rd ld , de carga unitaria en los tubos

5 A

A P 3deme ^ ^ E n t r índice del techo, I-ongicud del cabezal. Longitud de flambeo (pandeo). Longitud de i posre, longitud, luz (claro) Momento de flexión ™ vCiaroj. Mnpwnt aV lexi0n»mom ento total de ®¡r0 Momento- máxim o de flexión Potencia (espesor) del manto tspe sor dei relleno. Densidad de ios pernos. Fuerza normal. Factor de seguridad. Rendimiento p o r h o m b r e  t u ™ PreSi4n

“ bre * “

a

d , Ob ac af Ok Vsf Vi Vy ^roa.x

rs V
C a r o ta ! producida por el domo parabólico (bóveda para-. Porosidad. Cantidad de relleno. Cantidad ds agua.

Carga por unidad de longitud longitud. ' '

JxâcciOii, fue rza .

Capacidad de soporte o sostén del pomo Radio dei arco, radio del tiro Desviación estánda r

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2

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*

Módulo de sección t

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-

Ángulo de inclinación. Factor de acabado, compacidad. Relación de esbeltez, coeficiente de fricción de los tubos. Coeficiente de fricción entre la roca de! techo y ei acero de pe rno . Esfuerzo de flexión. Resistencia a la co mpresión. Esfuerzo en el piso. Resistencia a la tensión de ruptura. Esfuerzo normal. Esfuerzo permisible de flexión, esfuerzo permisible del acero. Presión del techo. Presión lateral. Esfuerzo cortante máximo. Esfuerzo cortante . ' Esfuerzo cortan te permisible. Angulo de fricción de las rocas, coeficiente de Durand. Factor de flambeo (pandeo).

NOTACIÓN n ot ac ió n

Pé rd ld , de carga unitaria en los tubos

5 A

A P 3deme ^ ^ E n t r índice del techo, I-ongicud del cabezal. Longitud de flambeo (pandeo). Longitud de i posre, longitud, luz (claro) Momento de flexión ™ vCiaroj. Mnpwnt aV lexi0n»mom ento total de ®¡r0 Momento- máxim o de flexión Potencia (espesor) del manto tspe sor dei relleno. Densidad de ios pernos. Fuerza normal. Factor de seguridad. Rendimiento p o r h o m b r e  t u ™ PreSi4n

“ bre * “

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Ángulo de inclinación. Factor de acabado, compacidad. Relación de esbeltez, coeficiente de fricción de los tubos. Coeficiente de fricción entre la roca de! techo y ei acero de pe rno . Esfuerzo de flexión. Resistencia a la co mpresión. Esfuerzo en el piso. Resistencia a la tensión de ruptura. Esfuerzo normal. Esfuerzo permisible de flexión, esfuerzo permisible del acero. Presión del techo. Presión lateral. Esfuerzo cortante máximo. Esfuerzo cortante . ' Esfuerzo cortan te permisible. Angulo de fricción de las rocas, coeficiente de Durand. Factor de flambeo (pandeo).

lento.

C a r o ta ! producida por el domo parabólico (bóveda para-. Porosidad. Cantidad de relleno. Cantidad ds agua.

Carga por unidad de longitud longitud. ' '

JxâcciOii, fue rza .

Capacidad de soporte o sostén del pomo Radio dei arco, radio del tiro Desviación estánda r

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-

Ei diseño de ademes pn considerar el ingeniero minero -es el d ^ üvo del techo, los prindnTos t'e “ ^ «o son bastante complicados de m . este lib ro Ios p un to s ¿ “ s ^

req“isit0 que siemPre ir te “n Control « » » S Proce dimientos del dise< “ SÓ' ° “ CO nsito ® «" son

«o se puede usar sí „r™ * ^ 5 5 2 ^ 5 1 5 5 5 ^ e ~ s ' ad t madera Para ,as m¡MS xión, esf uerzo co rtan fe ■adem ás sp n ICrij ccmP î cn , re seguida. se evalúan las presiones au sT ctú ^0" 3^ 3103 íngsnien!eS- En Qc ¡os socavones y en ios ademes s f ^ marcos de madera So de los elementos e s tt u o S Z d t & hace ci *»*■ 1« y en las frentes larcas como son lo- c l ™ 'C0S de madera en ios túnc-s u si li ar ss . Se ha c e é ñ s “ e n ° t ademes seña con k minima ^ J S S t t Z T * « < *« *. - d ;-

rígidos, arcos articulados (M olí) y loi ™ 'ent0 de dlien° de los arcos especial en el anclaje de techos y en el ri7 ° “ ” tes' Se P°ne énfasis de varios tipos. ' d-seji0 de los pernos de anclaje 21

Ei diseño de ademes pn considerar el ingeniero minero -es el d ^ üvo del techo, los prindnTos t'e “ ^ «o son bastante complicados de m . este lib ro Ios p un to s ¿ “ s ^

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rígidos, arcos articulados (M olí) y loi ™ 'ent0 de dlien° de los arcos especial en el anclaje de techos y en el ri7 ° “ ” tes' Se P°ne énfasis de varios tipos. ' d-seji0 de los pernos de anclaje 21

!l'¡ I KUUUCCION

. ;J Se estudian con detalle los ademes de acero en ias frentes largas’ cg|§9.los P°stes hidráulicos y de fricción, así como.el diseño de'los ademes mecanizados incluyendo varios métodos europeos. Se estudian a fondo Jas características ingeníenles del ademe de concreto (especialmente concreto lanzado) así como el diseño dei revestimiento de tiros y socavones. El último sistema de ade mado que se estudia es el de relleno. El relleno hidráulico, cuyo uso está aumentando, se trata con detalle y se establecen concisamente sus datos de diseñe.

C A P ÍT U L O

1 Í0

1-1

ESTADO ACTUA L DE LOS ADEMES DE MADERA EN LAS MINAS

La madera fue el material más impo rtante para los ademes en las ope raciones de mine ría h asta el final de la Segunda Guerra Mundial A pa rti r de en to nc es e| ac er o ha ve ni do a ser el ma ter ial fun dam en tal qu, St miliza para los ademes en las minas. La razón para considerar .a ma d,ra cohio material de ade me es que se usa aún en minas a pequena escala tanto de carbón como metálicas. La madera es un material de peso ligero, fácilmente transuortable . que íc maneja con fac ilidad en ios sistemas de ademe. La made-a de ¡.oble ¡,o de encino) tiene una densidad de0.73 2/cm3 y una resistenTÜ1 C.a a l, flcxión.de 1 200 kg/OT’ . Es 11 yecos m £ H» J r f M al w e l E st 0 1» “ a de ra se a u n m a te ri al e co nomico v-uando se usa en ademes cuya vidajiíE-S£a_corta. maí.era P°sce tanto ventajas como desventajas cuando se utili£ en :as Ernas. Aunque ya no es tan imp ortante como antes, todavía * to, en muchos etern as de ademes para las operaciones de las m,ñas. Las *enuyas son las siguientes: T 1. Es ligera, se transp orta, corta , maneja y coloca fácilmente co j mo ad em e en la min a. 'J Se romp e a lo largo de estruc tura s fibrosas precisas, dando se* na.es visua.es y audibles antes de que falle completamente. Esto 23

!l'¡ I KUUUCCION

. ;J Se estudian con detalle los ademes de acero en ias frentes largas’ cg|§9.los P°stes hidráulicos y de fricción, así como.el diseño de'los ademes mecanizados incluyendo varios métodos europeos. Se estudian a fondo Jas características ingeníenles del ademe de concreto (especialmente concreto lanzado) así como el diseño dei revestimiento de tiros y socavones. El último sistema de ade mado que se estudia es el de relleno. El relleno hidráulico, cuyo uso está aumentando, se trata con detalle y se establecen concisamente sus datos de diseñe.

C A P ÍT U L O

1 Í0

1-1

ESTADO ACTUA L DE LOS ADEMES DE MADERA EN LAS MINAS

La madera fue el material más impo rtante para los ademes en las ope raciones de mine ría h asta el final de la Segunda Guerra Mundial A pa rti r de en to nc es e| ac er o ha ve ni do a ser el ma ter ial fun dam en tal qu, St miliza para los ademes en las minas. La razón para considerar .a ma d,ra cohio material de ade me es que se usa aún en minas a pequena escala tanto de carbón como metálicas. La madera es un material de peso ligero, fácilmente transuortable . que íc maneja con fac ilidad en ios sistemas de ademe. La made-a de ¡.oble ¡,o de encino) tiene una densidad de0.73 2/cm3 y una resistenTÜ1 C.a a l, flcxión.de 1 200 kg/OT’ . Es 11 yecos m £ H» J r f M al w e l E st 0 1» “ a de ra se a u n m a te ri al e co nomico v-uando se usa en ademes cuya vidajiíE-S£a_corta. maí.era P°sce tanto ventajas como desventajas cuando se utili£ en :as Ernas. Aunque ya no es tan imp ortante como antes, todavía * to, en muchos etern as de ademes para las operaciones de las m,ñas. Las *enuyas son las siguientes: T 1. Es ligera, se transp orta, corta , maneja y coloca fácilmente co j mo ad em e en la min a. 'J Se romp e a lo largo de estruc tura s fibrosas precisas, dando se* na.es visua.es y audibles antes de que falle completamente. Esto 23

CARACTERISTICAS IN GE NI EL ES DE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

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t ; ola s se pueden

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- n m ^ para cafccS: cuñaSi

S.™ hf tn !e 3 b h ” chazán y 3 la c°ntracc ión como resultado del conta cto con agua [2, páizina 315}. , La estructu ra de la mader a se muestra en la figura ¡ ! la* células Vivientes.’ forma n un a capa delgada en el exterio r ’ pre cisamente debajo de la corteza del árbol. Año con año estas capa, mueren y forman “Ios-estratos o capas de la edad”, la parte “dufa”

Las des ven taja s s on las siguientes: La s resistencias mec ánicas + sión y cortante) dependen a» ] ’ en510n’ fiambeo, compre defectos naturales q'ue SOn prooi^?^,lICtUras fíbr°sas y de los la humedad tiere un e l .t P * h ITladera'

Muchos hongos Sn ia ^ n c i a . de humedad disminuyendo c o n , T í 3, fCUando ha^ condiciones ^ madera es un material U c i h r ^ r T ™ente 3Uresistencia.

de la madera, que es la sección esencial de la misma. 1.2.2

Factores que afectan la madera

Agu a. H agua es el com ponen te más importante de la madera Aire 7<%" s tl e 1 Cr nÍd0 dC aSUa CSW ™ Ias c f l u la r“ , 7.7 , re tan te en los huecos de las fibras. Un árbol recientemente ' c o rt ad o c on ti en e de l 3 5 al 5 0% de a gu a. La p ér di da de a " “ í

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temPe ratura y 2 la humedad relativa del medio 7 : : :1 : ^ : 0cj

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Estructura fibrosa

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a que tenga más de 30% de agua se considera húmeda El efe cto del medio am oiente se ve en la figura 1.2 [2, página 3 17 j.

20 7 i s 7 ? C,° m p0 m a P r ox ™ ^ a m e „ te d e l 45 a l 50 9 H , , ¿V a 2o% de lignina, 5 % de pectim v ?no/ \7 % de ceIul°sa, Pasma 5 6 J. La celulosa es un pofisacirido V ' ™ ma,eriate H, hs ce'IuIas * ¡a madera. Estas cé lu la ^ n qUe V ™ bs paredes d= “ » su bsta nc ia ce me nta nt e d j S S d e ^ f ” “ ^ U ^ es sranat de unidades de fen-W opan o t , Un poIlmero Wdimenlatinoso y feculento que un-’ las n j pe c, m a es un material ge- <5 las p ar ed es de las cé lula s y es m uy

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Las des ven taja s s on las siguientes: La s resistencias mec ánicas + sión y cortante) dependen a» ] ’ en510n’ fiambeo, compre defectos naturales q'ue SOn prooi^?^,lICtUras fíbr°sas y de los la humedad tiere un e l .t P * h ITladera'

de la madera, que es la sección esencial de la misma. 1.2.2

Muchos hongos Sn ia ^ n c i a . de humedad disminuyendo c o n , T í 3, fCUando ha^ condiciones ^ madera es un material U c i h r ^ r T ™ente 3Uresistencia.

Factores que afectan la madera

Agu a. H agua es el com ponen te más importante de la madera Aire 7<%" s tl e 1 Cr nÍd0 dC aSUa CSW ™ Ias c f l u la r“ , 7.7 , re tan te en los huecos de las fibras. Un árbol recientemente ' c o rt ad o c on ti en e de l 3 5 al 5 0% de a gu a. La p ér di da de a " “ í

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7 dera

a que tenga más de 30% de agua se considera húmeda El efe cto del medio am oiente se ve en la figura 1.2 [2, página 3 17 j.

Estructura fibrosa

20 7 i s 7 ? C,° m p0 m a P r ox ™ ^ a m e „ te d e l 45 a l 50 9 H , , ¿V a 2o% de lignina, 5 % de pectim v ?no/ \7 % de ceIul°sa, Pasma 5 6 J. La celulosa es un pofisacirido V ' ™ ma,eriate H, hs ce'IuIas * ¡a madera. Estas cé lu la ^ n qUe V ™ bs paredes d= “ » su bsta nc ia ce me nta nt e d j S S d e ^ f ” “ ^ U ^ es sranat de unidades de fen-W opan o t , Un poIlmero Wdimenlatinoso y feculento que un-’ las n j pe c, m a es un material ge- <5 las p ar ed es de las cé lula s y es m uy

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F!Su„ 1.2 Efecto del ™áio « W w , en el ccntraico de agua de ,a „,ador3.

ADEMES DE MADERA

CARACTcRÍSi ICAS INGENIENLES DE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

27

Tabi3 1.1 Resistencias a ia tensión en algunos materiales^

Re sis ten cia a l a te ns io n (kgfcmr ¡

M at er ia l

concéntricas

Grieta exterior

Gdeta ;nterior , , » , » . ) ) « » Í U H ' H t '

Figura 1.3 Defectos .estructurales y naturales de la madera.

m Í A a < Í ‘t la, m aáera' !: 0Tn° materÍ¡il natUraI qUe eS’ ,a made' a tie™ muchos d o c to s causados po r las condiciones de su crecimiento Los nudo , las bases de ios árboles afectan la resistencia a la flexión. Ade-

SneÜS' &Í0S dcfcctos « iiusrran ™ la figura 1.3 [2, pá12.3

'

32,000 5500-8400 5200-6200 4200-Í900 10,000

3500 2800-8000 8800-9000 500-1500 200-2600 1000-2300

aVtír referencia i .

condiciones de secado ai aire (u — 12%), un máximo de 3 000 ks/cirr Muchos factores intervienen en tales valores. Los valores de layne [4]' par a va no s tip os de jpadera s y para las fibras de madera de primavera y madera de estío se dan en la tafaia 1.2 [], página 322]. Desafortuna damente, esta elevada resistencia a la tensión no puede utilizarse en la construcción por varias razones. La relación de la dirección de ía carga con el ángulo de la fibra, tiene un efe cto muy marc ado en la resistencia a ía tensión. Baumann

r¡2 c o n r" a r C t ai C nt ° P Ue de n " ° e s t3 r « * " * ■ > < * « d eb id o las condiciones del viento y del sol, y las condiciones de secadopueS0™

Alambre de acero, máx Alambre de fierro, estirado en frío Acero, construcción Alambre de cobre, estirado en frío Rayón (o artiseia), acetato Seda Algodón Cáñamo Maderas de coniferas Maderas de hoja ancha Bambú

Resistencia de ía madera

La m a te a en las minas está sujeta a ia flexión, compresión, al fiam br o (o pa nd eo ) y al ci za lla n& nt o. La re sis ten cia de la ma de ra bajo

Tabla 1.2 FUiisunciu prêsíio 3 la tensión de fibras de ¡rudera3

siautenteT1010"83 ^ l0S faCtores que la afecan, se dan en las secciones R e s ú tm c ii a ,a ten sió n. La resistencia máxima de la madera es a la tensión , esp ecialme nte la que es paraieia a la estru ctura fibroma Las resistencias a la tensión de algunos materiales se muestran en ía taoía i.i [i, pagina 323]. -La resistencia a ia tensión d - la made ra, para lela a su ve 'ta* es extremadame nte afta s r m - r p ar a a tg un as e sp ec ie s c’ on --«» vv nu*"ítí a_tca.ru do la mudara.

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'~líTle;K2 ccufldo se atieren a la estructura fibrosa

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1 i *

Especies madereras Sucoyu (0 Pino de Califcrnia) Abuto dí! Pacífico Pino de hoja corta Abeto Douda s 0 r ojo Ab« :o blanco Cidro rojo 0 colorado

Pino blanco JVi;r. rcfsuincias 4 y l.

madara de primavera (kg/cm '' o Firms tempranas de ia iícdera

Fibras ds madera de esrio (kz¡cni'} o Fibras rucien tes de la madera

4350

9140

8230 3300 3590 5130 3340 4220

9070 6470 9980 7310 4780 4Ó40

ADEMES DE MADERA

CARACTcRÍSi ICAS INGENIENLES DE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

27

Tabi3 1.1 Resistencias a ia tensión en algunos materiales^

Re sis ten cia a l a te ns io n (kgfcmr ¡

M at er ia l

Alambre de acero, máx Alambre de fierro, estirado en frío Acero, construcción Alambre de cobre, estirado en frío Rayón (o artiseia), acetato Seda Algodón Cáñamo Maderas de coniferas Maderas de hoja ancha Bambú

concéntricas

Grieta exterior

Gdeta ;nterior , , » , » . ) ) « » Í U H ' H t '

Figura 1.3 Defectos .estructurales y naturales de la madera.

m Í A a < Í ‘t la, m aáera' !: 0Tn° materÍ¡il natUraI qUe eS’ ,a made' a tie™ muchos d o c to s causados po r las condiciones de su crecimiento Los nudo , las bases de ios árboles afectan la resistencia a la flexión. Ade-

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condiciones de secado ai aire (u — 12%), un máximo de 3 000 ks/cirr Muchos factores intervienen en tales valores. Los valores de layne [4]' par a va no s tip os de jpadera s y para las fibras de madera de primavera y madera de estío se dan en la tafaia 1.2 [], página 322]. Desafortuna damente, esta elevada resistencia a la tensión no puede utilizarse en la construcción por varias razones. La relación de la dirección de ía carga con el ángulo de la fibra, tiene un efe cto muy marc ado en la resistencia a ía tensión. Baumann

SneÜS' &Í0S dcfcctos « iiusrran ™ la figura 1.3 [2, pá12.3

32,000 5500-8400 5200-6200 4200-Í900

aVtír referencia i .

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Resistencia de ía madera

La m a te a en las minas está sujeta a ia flexión, compresión, al fiam br o (o pa nd eo ) y al ci za lla n& nt o. La re sis ten cia de la ma de ra bajo

Tabla 1.2 FUiisunciu prêsíio 3 la tensión de fibras de ¡rudera3

siautenteT1010"83 ^ l0S faCtores que la afecan, se dan en las secciones R e s ú tm c ii a ,a ten sió n. La resistencia máxima de la madera es a la tensión , esp ecialme nte la que es paraieia a la estru ctura fibroma Las resistencias a la tensión de algunos materiales se muestran en ía taoía i.i [i, pagina 323]. -La resistencia a ia tensión d - la made ra, para lela a su ve 'ta* es extremadame nte afta s r m - r p ar a a tg un as e sp ec ie s c’ on --«» vv nu*"ítí a_tca.ru do la mudara.

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Especies madereras

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Sucoyu (0 Pino de Califcrnia) Abuto dí! Pacífico Pino de hoja corta Abeto Douda s 0 r ojo Ab« :o blanco Cidro rojo 0 colorado

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1 i *

Pino blanco

madara de primavera (kg/cm '' o Firms tempranas de ia iícdera

Fibras ds madera de esrio (kz¡cni'} o Fibras rucien tes de la madera

4350

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8230 3300 3590 5130 3340 4220

9070 6470 9980 7310 4780 4Ó40

JVi;r. rcfsuincias 4 y l.

ADEMES DE MAOER CARACTERÍSTICAS ÍNGENiERiLES OE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

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gura 1.4 [1 , págfna 3 n6¡

maderas d° b

**

! y ¡aS dcsv>aciones se muestran en la fí-

* " L t st : r “ r ¡“ ? con raspKí° a  ^ U. página 327}. cn ei pjno finJandés (figura 1.5; ^ór c[ contrario, ia humed^r? h-i-u a sión. Muc hos investigadores han in di ca n CR’C°r resistL'ncia a ^ »ni 0% dei con tenido de humed ad ha « i qUe Un aum ent°
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Ios nudos • —

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tensión y ia densidad relativa. [ 1 ]

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Figura 1.5 Relación entre la resistencia a ia

tensión y ia densidad relativa. [ 1 ]

I8GQ

1“



fibras de

4 3 12 Í6 20 Contenido de hum edad (ÍSJ

nP”

24

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30 AOEMcS Oc MADERA

j

d e b a t o [Y _ j ] ” m p re SÌ 't a , ÍO 31

de

CARACTERÍSTICAS JNGEN1ERÍLES DE LA MADERA USADA «

l a m a d er a d e h a yT y ^

^

0^

^

3,

i_AS MN AS

‘ ° m pre sión ( ° * a pla sta mie nto ) d e

rájela a la fibra alcanza en prome dio sólo cerca del s ì i t j i a la tensión a io largo de la misma fibra FI de¡™ sfe nc ia de la madera a la tensión y a iT t ^« m po rtam ren to diferente

n o t a W e ^ T a ^ t S a t ir c o ^ h f it a « ” * Í rT ra d aa 'a tCTs,ó„. Las hayase ilustran en la figura 1.7 ? £ % £ £ £ * ? * P? ° * de

El contenido de humedad Estenda a la compresión de t

pc

- • pi a,,.». ? *“* m P o rt M t e e" h r e -

investigaciones de Koilimnn m  eIect0 se ve en ]as [1. pàgina 348] Desüués de fi§Ura U 0 1 es pu j d<_ que ei contenido de humedad aJcanza

LI ? *t 3iU?™enìa

S

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30 AOEMcS Oc MADERA

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CARACTERÍSTICAS JNGEN1ERÍLES DE LA MADERA USADA «

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El contenido de humedad Estenda a la compresión de t

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AD EM ES DE MA OER A C A R A C T E R Í S T I C A S I N G E NI E N LE S O E U

« A M B A U S A D A E N L A S M ii MA S

33

Humedad ¡%¡

el ¡ J t e n ü o d e v S J e " p e d í [ ¡ ^ Presi“

^

y

H Su » 1,12 H um edad =o„t e Ja capacidad de ^

c i i eM

muy de acuerdo con estos h al la o s ^ ^ S' M‘ R‘ S‘ Vai1 Después de que se alcanza un nivel d* h ,Se,Ve 5n h ^ r a i . II . cía a la compresión baja de 500 W c m 3 ^ i ? 095, Ia rSsis£sn' no disminuye más Las mv* ^ c^ ca de ¿.50 kg/cm2, y ya ye mas. Las investigaciones recientes de Saxena y

^

t ^

"

r i r r ^

^

^

^ ^ ^

^

(CMír° de ^

la humedad en la dísminuciói dP h T efeCt ° m ara d ° de »adera [2, 12], Como se ve en las S ^ T u ] y l í * de soporte por carga de lo«; nn?too j ’ capacidad

compresión [1 p á i l ' 4141 t r=as te >“ “I aplastamiento en la al flam beo (o ’ai p'andeo) de la mírf f YestIgadores. h asistencia lo siguiente: 5 * [2' -0 4»1”3 329í d=P«de de w2E \*

o = ffe(I  a \ + b \  ) Figura 1.1 1 Efecto de la humedad en ¡a r-sa fne -a - h

mie nío) de la made ra ffij.

3 “ncia tt Ia com pres ión (o al apJasta.

para A > 10 0 para A < 100

en donde * = Relación de esbeltez = 4 Ij d £  Módulo de elasticidad en Ja madera.

AD EM ES DE MA OER A C A R A C T E R Í S T I C A S I N G E NI E N LE S O E U

« A M B A U S A D A E N L A S M ii MA S

33

Humedad ¡%¡

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para A > 10 0

o = ffe(I  a \ + b \  ) Figura 1.1 1 Efecto de la humedad en ¡a r-sa fne -a - h

mie nío) de la made ra ffij.

para A < 100

en donde

3 “ncia tt Ia com pres ión (o al apJasta.

34 ADEMES DE MADERA

■íí#

* = Relación de esbeltez = 4 Ij d £  Módulo de elasticidad en Ja madera.

CAFAC i ERÍST1CAS ¡NGENIERJLES DE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

35

La tabla 1.3 proporcion a la resistencia al flambe opara ios made ros regulares (o comunes) en Jas minas. • Saxena y Singh [7] dan la fónmiia siguiente para la resistencia al ílambeo y los valores que se obtuvieron de varias pruebas en maderos pa ra m ina s qu e se r ea liz ar on en la In di a. Ve r fig ura 1.14 f 7, pág ina 12}. P = 47.2 - l.S h fd

(]_3)

donde P — Capacidad de soporte del poste en toneladas. h = Altura del poste, en milímetros. d = Diámetro promedio del poste, en milímetros. N ú m e r o d e e s b e l t ez

Figura 1.13 Resistencia al ílamb eo (o ai pandeo) co ntra esbeltez [2j.

o = Resistencia al ñambeo de la madera. ac - Resistencia al aplastamie nto de la madera. a, ~ Constantes de calidad de la madera; para madera normal, de rama a = O, «i?= 2 /= longitud dei madero, d = Diámetro dei madero.

Re sis ten cia a la fle x ió n (M ód ulo de rup tur a). Los maderos horizonta les están sujetos ai esfuerzo a la flexión cuando las fibras superiores están sometidas a compresión y ias fibras inferiores a tensión. El eje neutro se sitúa más cerca dei lado de la tensión que del lado de la com pre sión , po rq ue la re sis ten cia a la ten sió n es mu ch o má s alt a que la resistencia a la compresión, como se ilustra en la figura 1.15 [8; 1. pág ina 361 ]. El módulo de ruptura se mide cargando una viga en el centro co mo lo muestra la figura 1.16 [2, página 330]. Al cargar, 1a deflexión se mide y se gráfica como se ilustra. Kay varias zonas de deformación. La primera es la zona elástica en donde 1a carga y la deflexión son

íf b fa l£ Resistencia al f]ambeo (o pandeo) de la madera para las minas*

Diám etro

[d(cmj] 16.1 13.2 12.7 1 2 J

Esb ^lZiZ

[*Y"í/l

\4ljd

1.00 1.00

24.S 30.3 37.3 38.4 42.3 36,4 43.7 45.0 59.0 49.0 •

1.20 1.20

1.50 1.50 1.80 1 .S 0

i 6.5 16.5 16.0 13.5 16.1 4Ver referencia

Longit ud

2.00 2.00

2

Res iste ncia ai flam bao Den sidad (kgjc m 2 } (Sic m 2] 284.0 384.3 322.1 221.7 280.7 207.0 175 7 271.3 214.5 233.9

0.560 0.616 0.637 0.555 0.636 0.585 0.670 0.630 0.633 0.664

Contenido da Agua (%) 20.3 21.5 19.4 23.2 21.9 24.3 25.7

22.2 21.3 24.3

à/ d =

Relación alrura/ciametro

Figura 1.14 Capacidad de soporte p or carga de un peste de mina [7],

34

CAFAC i ERÍST1CAS ¡NGENIERJLES DE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

ADEMES DE MADERA

■íí#

35

La tabla 1.3 proporcion a la resistencia al flambe opara ios made ros regulares (o comunes) en Jas minas. • Saxena y Singh [7] dan la fónmiia siguiente para la resistencia al ílambeo y los valores que se obtuvieron de varias pruebas en maderos pa ra m ina s qu e se r ea liz ar on en la In di a. Ve r fig ura 1.14 f 7, pág ina 12}. P = 47.2 - l.S h fd

(]_3)

donde P — Capacidad de soporte del poste en toneladas. h = Altura del poste, en milímetros. d = Diámetro promedio del poste, en milímetros. Re sis ten cia a la fle x ió n (M ód ulo de rup tur a). Los maderos horizonta les están sujetos ai esfuerzo a la flexión cuando las fibras superiores están sometidas a compresión y ias fibras inferiores a tensión. El eje neutro se sitúa más cerca dei lado de la tensión que del lado de la com pre sión , po rq ue la re sis ten cia a la ten sió n es mu ch o má s alt a que la resistencia a la compresión, como se ilustra en la figura 1.15 [8; 1. pág ina 361 ]. El módulo de ruptura se mide cargando una viga en el centro co mo lo muestra la figura 1.16 [2, página 330]. Al cargar, 1a deflexión se mide y se gráfica como se ilustra. Kay varias zonas de deformación. La primera es la zona elástica en donde 1a carga y la deflexión son

N ú m e r o d e e s b e l t ez

Figura 1.13 Resistencia al ílamb eo (o ai pandeo) co ntra esbeltez [2j.

o = Resistencia al ñambeo de la madera. ac - Resistencia al aplastamie nto de la madera. a, ~ Constantes de calidad de la madera; para madera normal, de rama a = O, «i?= 2 /= longitud dei madero, d = Diámetro dei madero. íf b fa l£ Resistencia al f]ambeo (o pandeo) de la madera para las minas*

Diám etro

[d(cmj]

Longit ud

Esb ^lZiZ

[*Y"í/l

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1.00 1.00

24.S 30.3 37.3 38.4 42.3 36,4 43.7 45.0 59.0 49.0 •

16.1 13.2 12.7 1 2 J

1.20 1.20

1.50 1.50 1.80 1 .S 0

i 6.5 16.5 16.0 13.5 16.1 4Ver referencia

2.00 2.00

Res iste ncia ai flam bao Den sidad (kgjc m 2 } (Sic m 2] 284.0 384.3 322.1 221.7 280.7 207.0 175 7 271.3 214.5 233.9

Contenido da Agua (%)

0.560 0.616 0.637 0.555 0.636 0.585 0.670 0.630 0.633 0.664

20.3 21.5 19.4 23.2 21.9 24.3 25.7

22.2 21.3 24.3

à/ d =

2

Relación alrura/ciametro

Figura 1.14 Capacidad de soporte p or carga de un peste de mina [7],

ADtiVícS De

Capacidad de

maosra

CASACTEH/STJCAS INGENÎERILES OE u

ap or te po r carga en los postes*

Relajón aiíuraîárnetro ( m Capacidad de soporte n0r

por carga (tonel adas)

39 7 32 2

Ver referencia '

MADERA USAOA « W

MWAS

37

sigue; 24.7

17.2

9 .7

°b — ^ má x w ■S

míx

(1.4)

1

(1.5)

w*. bh2 6

(1-6)

a b =, Pk l¡4 : 1 Í M ± bh2¡6 ~ 2 bh2

donde

(1.7)

« J ? - f feSÍStenCÍa 3 b fle;tión ~ Larga de ruptura. /= Claro., longitud d e Ja viga. Módulo de sección. b — Ancho de la viga. h ~ Peralte de ¡a vig a.^ cxíM o =, / ~ Deflexión (flecha). A = Trabajo realizado po r ], dí¡i,t,xi6n (deformación)

Hgura

1.15 Posici

•

tíán del eje neutro en la flexión {¡ ^

J

a

s

s

a

s

s

c

t

ó

K

s

a

:

A=:f p d f Proporcionales. En ia m! n°r grado. Finalmente^co/ia ^ reIación con^ úa , aunque'en no°:s a^ * « * . i z u ^ a fibra, como se muestra en h ii J t qUe Se pr oP a§a
*

í

f

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T

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* tanibiin 31

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, área sombreada

°-s dewd° *

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ADtiVícS De

Capacidad de

maosra

CASACTEH/STJCAS INGENÎERILES OE u

ap or te po r carga en los postes*

Relajón aiíuraîárnetro ( m Capacidad de soporte n0r

por carga (tonel adas)

39 7 32 2

Ver referencia '

MADERA USAOA « W

MWAS

37

sigue; 24.7

17.2

9 .7

°b — ^ má x w ■S

míx

(1.4)

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(1-6)

a b =, Pk l¡4 : 1 Í M ± bh2¡6 ~ 2 bh2

donde

(1.7)

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Hgura

1.15 Posici

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tíán del eje neutro en la flexión {¡ ^

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CARACTERÍSTICAS INGENIENLES DE LA MAOERA USADA EN LAS MINAS

0°

10a 20' 30" 40 ’ SO” 6QJ 70J 80“ 90“ A n g u l o y d e l a c ar g a c o n l a d i r e c c ió n ia fibra

de

(¿}

Figura 1.16 Madera en las pruebas de flexión y formas de ruptura [2],

madera de fresno en la figura 1.17 muestra las resistencias ala tensión, flexión y com presión. La resistencia a la compresión es la menos afec tada por la dirección de la fibra [1, página 366]. En ia figura 1.13 [1 0] se muestran los efectos de la humedad y de la- temp eratura, que es red ucción lineal [ 1,página 369]. Los efectos de los nudos y de las muescas se dan en el trabajo de Siimes [ í 1] sobre las maderas de Finlandia. Los nudos reducen consi-

A n g u l o X d a l a c a r g a c o n i a d i r e c c i ó n d e ¡ a f ib r a

Figura 1.17 Efectos de la dirección de la fibra sobre ia resistencia a k tensión. compresión y flexión de la madera [J ,1 i].

39

CARACTERÍSTICAS INGENIENLES DE LA MAOERA USADA EN LAS MINAS

0°

39

10a 20' 30" 40 ’ SO” 6QJ 70J 80“ 90“ A n g u l o y d e l a c ar g a c o n l a d i r e c c ió n ia fibra

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Figura 1.16 Madera en las pruebas de flexión y formas de ruptura [2],

madera de fresno en la figura 1.17 muestra las resistencias ala tensión, flexión y com presión. La resistencia a la compresión es la menos afec tada por la dirección de la fibra [1, página 366]. En ia figura 1.13 [1 0] se muestran los efectos de la humedad y de la- temp eratura, que es red ucción lineal [ 1,página 369]. Los efectos de los nudos y de las muescas se dan en el trabajo de Siimes [ í 1] sobre las maderas de Finlandia. Los nudos reducen consi-

A n g u l o X d a l a c a r g a c o n i a d i r e c c i ó n d e ¡ a f ib r a

Figura 1.17 Efectos de la dirección de la fibra sobre ia resistencia a k tensión. compresión y flexión de la madera [J ,1 i].

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DE LA MADERA USADA EN U S « A S

41

Diámetro d a i nudo más g r a n d e (cmj

i ¡i”¡fCt0S" d¡ámetrod=,os «1*

a la

de h

í 2 ! r r,d “V ? t e n ° ¿n’rcerca c í i r dde^ la á usec p t ción u a detransversal ia ma de ia aftim s¡ s e i ocnaii za n•=n 773T ala í f i t . Z t t l 7 9t i rcedT

C° nSÍd™ b h™ ^ 1*

^ r n o t a b S T Í m ^ b ^ ? tq“ Cf m faÍn,a 31 C° rtante de Ia ma' =1 / t a c » , * ,* M an ua l de i M a / e T n T Z ^ ‘s ' f ” ' ^ r en to s de madera sólida el cortante mí • para ele' Puede tom arse como e' es’f u L l n l T  Permisible por torsión « fi lia se dos ter "os 1 e s t e X c o m Í T f ° 3 “ f it a ' « n < * p o r t or atín e n el l ím i ! I n f “ “ “ “ rt¡m te Pendicular a la fibra, es a ir e d e io rT e v T ^ u a tr f r0 COTt!mte Pei"

=1paralelo a la fibra [ 1, página 41 4],

mas alt0 ^

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DE LA MADERA USADA EN U S « A S

41

Diámetro d a i nudo más g r a n d e (cmj

i ¡i”¡fCt0S" d¡ámetrod=,os «1*

a la

de h

í 2 ! r r,d “V ? t e n ° ¿n’rcerca c í i r dde^ la á usec p t ción u a detransversal ia ma de ia aftim s¡ s e i ocnaii za n•=n 773T ala í f i t . Z t t l 7 9t i rcedT

C° nSÍd™ b h™ ^ 1*

^ r n o t a b S T Í m ^ b ^ ? tq“ Cf m faÍn,a 31 C° rtante de Ia ma' =1 / t a c » , * ,* M an ua l de i M a / e T n T Z ^ ‘s ' f ” ' ^ r en to s de madera sólida el cortante mí • para ele' Puede tom arse como e' es’f u L l n l T  Permisible por torsión « fi lia se dos ter "os 1 e s t e X c o m Í T f ° 3 “ f it a ' « n < * p o r t or atín e n el l ím i ! I n f “ “ “ “ rt¡m te Pendicular a la fibra, es a ir e d e io rT e v T ^ u a tr f r0 COTt!mte Pei"

=1paralelo a la fibra [ 1, página 41 4],

mas alt0 ^

42 ADEMES 06 MADERA

CARACTERÍSTICAS INGENIERIAS 0E LA MAOERA ÜSA0A EN LAS MINAS

a •a

 M ^ í r r ; ; ; ercade * p icí c£ c

! s S « o s

0

10

20

30

40

50

SO

70

30

90

r aC !° n d e , a « f g a h a s í s ¡ 3 r u p t u r a ; , í)

madera [3 ,J 2j.

°S ^ * dUracion de k carS* en la resistencia a Is fíexión en ía

- J225

s ec ad o „ I lo n lo

“

b-

donde'

"

'

— « (U0)

= S

f " d a ^ C° r £ an te ’ e " “ o ® “ » ™ -DOT c e nt ím e tr o c ua -

™ ñ f e t o r é n men SeC2d° 31 h° rn0 ^.< == o,, j , sco)’en ^ m o s por centímetro cúbico. '« . aralela tangencial a las cond icione s de 3a fibra:

Figura 1.21 E fecto del co ntenido de humeda d en la resistencia al cortante en la madera [1,15].

varias propiedades mecánicas obtenidas en la fibra dé algunas made ras comerciales [ 1, página 333], La tabla 1.6{ l, página 353] propor ciona las resistencias a la compresión de algunas maderas, seaún ei trabajo de Graf [ 12]. La tabla 1.7 [ I, página 396] muéstralas resisten cias a la torsión de la madera basadas en las normas de la Turkish Association of Bridges and Cons truction (Asociación Turca de Cons trucción y Puentes) [16]. Re sis ten cia s p erm isi ble s. Debido a que la madera es un material natu ral, muchos factores desconocidos afectan su resistencia por lo que se necesita un “factor de seguridad” elevado. El pfoftdmiHmtb'‘óptimo sería probar la resistencia del material a 1a mano y utilizarlo de acuer do a las resistencias determinadas. Los “esfuerzos de seguridad” se pu ed en cal cul ar po r la fó rm ul a sig uie nte :

193 fresca (yerde). 2 8 1 secada ai aire (u ~ ¡2%) Paralela radíal a las condiciones de la fibra: i 79 fresca (verde) 255 secada ai aire (u =.,12%)

Ehim an n

K S fk„fy„ í V = X —  ----^

*

Valores num éricos de las resistencias. La tabla i 5 nm> p h? Trabajo de Kevlw críh P 5 ! 3¡ Q basa e" el - -u n liD j, ai utjlua r especíme nes prismáticos, lista

’

(LU)

en donde o¡f = Esfuerzo (permisible) de seguridad. . X = Esfuerzo promedio obtenido a partir de pequeños especí menes sin ningún defe cto.

42 ADEMES 06 MADERA

CARACTERÍSTICAS INGENIERIAS 0E LA MAOERA ÜSA0A EN LAS MINAS

a •a

 M ^ í r r ; ; ; ercade * p icí c£ c

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r aC !° n d e , a « f g a h a s í s ¡ 3 r u p t u r a ; , í)

madera [3 ,J 2j.

°S ^ * dUracion de k carS* en la resistencia a Is fíexión en ía

- J225

“

s ec ad o „ I lo n lo

b-

donde'

"

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— « (U0)

= S

f " d a ^ C° r £ an te ’ e " “ o ® “ » ™ -DOT c e nt ím e tr o c ua -

™ ñ f e t o r é n men SeC2d° 31 h° rn0 ^.< == o,, j , sco)’en ^ m o s por centímetro cúbico. '« . aralela tangencial a las cond icione s de 3a fibra:

Figura 1.21 E fecto del co ntenido de humeda d en la resistencia al cortante en la madera [1,15].

varias propiedades mecánicas obtenidas en la fibra dé algunas made ras comerciales [ 1, página 333], La tabla 1.6{ l, página 353] propor ciona las resistencias a la compresión de algunas maderas, seaún ei trabajo de Graf [ 12]. La tabla 1.7 [ I, página 396] muéstralas resisten cias a la torsión de la madera basadas en las normas de la Turkish Association of Bridges and Cons truction (Asociación Turca de Cons trucción y Puentes) [16]. Re sis ten cia s p erm isi ble s. Debido a que la madera es un material natu ral, muchos factores desconocidos afectan su resistencia por lo que se necesita un “factor de seguridad” elevado. El pfoftdmiHmtb'‘óptimo sería probar la resistencia del material a 1a mano y utilizarlo de acuer do a las resistencias determinadas. Los “esfuerzos de seguridad” se pu ed en cal cul ar po r la fó rm ul a sig uie nte :

193 fresca (yerde). 2 8 1 secada ai aire (u ~ ¡2%) Paralela radíal a las condiciones de la fibra: i 79 fresca (verde) 255 secada ai aire (u =.,12%)

Ehim an n

K S fk„fy„ í V = X —  ----^

*

’

(LU)

en donde o¡f = Esfuerzo (permisible) de seguridad.

Valores num éricos de las resistencias. La tabla i 5 nm> p h? Trabajo de Kevlw críh P 5 ! 3¡ Q basa e" el - -u n liD j, ai utjlua r especíme nes prismáticos, lista

. X = Esfuerzo promedio obtenido a partir de pequeños especí menes sin ningún defe cto.

^ - ^ ^ « « s £ sss:

desistencia ki'Peciiss

a/ffÍ 7 W"

I Kobl G E n c i n a 8 3 - 9 7

Haya---- ------------- £?.. 96-118 CarP*» Oiarajl20 “ >?

i?,,,.,-., desistencia a! impacto

o„,=^HÜL*,

.

.

S k P ‘ c>» • cmJ )

■Densidad ^•4-9.5 8.8

^•3-8.8 8.6

(g/cm3) 20.2-35.8 26.3

°64  0.68

24.6-38 I

0.66

31.1

2 7 -i'33.3

30.2

25.4-42.3 30.6 2 j-I-32.6 29.7 20-7-25.4 22.8

24.5-26.5 25.9

15.0-20 4

17.3' 11.3-27 9

Vw''“f ellni.-ias j y J5

C°>neni(¡0 á<2humedad

20.1

0.67-0,73 0.69 °-76-0.7g. 0.77

°-fi7-0.79 0.76 0.58-0 gg 0.60 0.57-0.59 0.58 °-53~0.56 0.55 0-48-0.69 0.54 • 0.66-0.72

0.68

i2-I~i2.6 12.4

1]-5-n.8 i 1.7

10.8-] 5_3 11.2

8 .6 —9 . J

0.8 3 0.9 1 J

4

11.2

'

9.8-10.1 10,0

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¡

U.7. 11.6 -12 3

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12.J

JÉ

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Kxpecies PinoPino Pino Pino Pino Pino Pino Abeto

Abeto Abeto “Ver re/Wuiidus i

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Contenido 'fii»!¡jpsinnes del espé de humerimen o ejemplar dad ■a b (%í (cnij (cm) femj >25 >25 >25 >25 ~ 14 ~ 14 ~ 14 ~ 14 ~ i4

~ 24

6.54 6.32 6.29 6.36 6.42 7.53 6.39 5.92 7.00 7.97

10.09‘ 10.54 10.06 10.38 7.54 31.44 7.51 11.51 12,10

10.95

34.91 28.80 49.72 49.30 39.48 34.90 49.57 29.60 50.36 49.80

Veta o Fibra en espiral {divergencia de las fibras, cm por 1 m de Longitud) 9 6

10 20 8

11 8

0

Diámetro máximo de los nudos en una superficie (cm) Sin nudos2.2

10,0

10.4-lo.a 10.7

"•5-1 1.6

¡

U.7. 11.6 -12 3

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12.J 10.9-13.7 12.0

.

3.3 5.0 Sin m i dos 2.8

3.0 Sin nudos 1.4 2. 9

■Resistencia a la compresión (kgfc m2 ) 18 5 113 105 95 3 29 27 9 23 5 3 54 29 2 26 3

'

9.8-10.1

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4

11.2

JÉ | o

47

CARACTERÍSTICAS INGEMERIleS DE LA MADERA USADA EN LAS MINAS

X

d T T h eStadtÍS“Ca q“ a* * Ura un* Pequefla Po tabilid ad toma como 9 ‘ eX“ dk nd o- en seneral, K se

5=ÍSrSeSfdar0btmÍda“ ^ «

'*“*“»«»

Facto r de seguridad para muchos casps de carga en los ade mes de larga duración. Para cargado en flex ión *  2 25 para compresión y cortante n = i.4 ;

fk = -■

fa C , t°nr P f 3 deíec tos natura les. En las norm as inglesas es de 0.40 a 0.7:). Para un poste con nudos v grietas se toma como 0.5. Los postes se deberán almacenar de acuerdo con sus deíectos. f y = U nfa cto r para 3a duración de la carga. Para larsa duración l y  \ \ para corta duración,/,, = ! .5 Un ejemplo num érico ac lara esta fórmula. Supóngase que en la ' pr ue ba so br e po ste s de en cin o (o rob le) sin de fe cto s na tur ale s el est Í S T T t \ m f ? 6 * X ES ^ 1270 k*¡Cm2 y ia ^îa ción estanda* S .s de 300 kg/cm-. Calcúlese el esfuerzo de seguridad por f í Í T - T P° StCS Ü' feCtU0S0S quc sc utül2an Para larga duración (I .

a , = ¿ ^ L fk n

K

1270 - 2 X 300 -------------------------- X 0.50 — 150 kg /c m 2

5u^

hace “ !? !f ¥estisación y » en lugar de eiio. en los efueizos de segundad que se dan en la tabla 1.8 el esfu e™ do sena de 75 k g /W , bajo fle.xión, para madera de robie (o S ™ c, v e c lf' ‘LhrCera d3Se' U econor a>'a demostrada de 150/75 = t n £ ¡ £ £ 7 * * * ,mp°rtante “ ingenKr&' & ““ " SÍ=U¡“ “ factor de seguridad - —sj?ienc*a prom edio med ida esfuerzo de seguridad supu esto

'270 150

48

vvii-

ADE MES DE MADERA-

5-‘

PR6S10NES EN LOS ADEMES D6 MADERA

Tabla 1.8 Esfuerzos de seguridad en t e construc ción« de madera (kg/cm* y

Ciase 1

Ciase 2

49

Ciase 3

Ro ble o Ro bl e o Ro bl e o Pino Enc ino Pino Enci no Pino Enci no

Tipo de esfuerzo Flexión Flexión en vigas continuas Tensión paralela a la fibra Compresión paralela a ia fibra Compresión perpendicular a la fibra Cortante parálelo a la fibra Cortante perpendicular a la fibra

130 14Ü i US

140 155 no

100 11 0 85

110 120 100

75 0

75 SO 0

110

120

85

100

60

70

20 '

30

20

30

20

30

9

12

9

10

9

10

27

36

27

27

30

30 -

70

IVcr referencia 2

Este factor es bastante grande debido a los defectos desconocidos En el calculo de los esfuerzos se utiliza un factor de seguridad entre

1-3

Figura 1.22 Pasos para el cálculo dei diseño de ademss.

PRESIONAS EN LOS ADEMES DE MADERA 1*3.1

. Evaluac ión de las oresione s

Existen, dos principios en el diseño de los ademes de mad era: 1. Los ademes deberán soportar las cargas "con seguridad” (fac tor de segundad), ~ 2. La cantidad ae material y de mano de obra se deberá isstrinzir a un mínimo (factor de economía). El ingeniero deberá esmerarse para cumplir con estos dos princi pio s. Ge ne ra lm en te, el m at er ia l qu e se ne ce sit a no es ec on óm ic o. El mgcracro, ai nacer iss pruebas en el material, puede tomar esfuerzos de segunuad m as altos. Después de hac er mediciones de las caras- en i2S mxnas’ ci pue de sup one r una presión, más baja y^fín ai-

m e n t e u n diseño mas económico, confiando en su exoeriencia V bue n “

■¿ Z a

•1-3.2

pueden resumirse'Í0m° :ss amtra « "

Presiones en las galen as

S í U n f uch os wve5í’gadores, la presión en un túnel o galería tiene la íó ra H S*Una bÓVeda Cd°m 0) parabóJica £17>Página 6 80 J. Como las jo m ua as te ór ic as son mu y c om pli cad as, pa ra tiñ es pr ác tic os s e ac ep tan V P-roXimad0S' 13 fonnuja de Protody akon ov, como se ■« « u a ^ ;a iigura 1.23[2, pá gina 382], es como sigue:

48

vvii-

ADE MES DE MADERA-

PR6S10NES EN LOS ADEMES D6 MADERA

49

Tabla 1.8 Esfuerzos de seguridad en t e construc ción« de madera (kg/cm* y

Ciase 1

Ciase 2

Ciase 3

Ro ble o Ro bl e o Ro bl e o Pino Enc ino Pino Enci no Pino Enci no

Tipo de esfuerzo Flexión Flexión en vigas continuas Tensión paralela a la fibra Compresión paralela a ia fibra Compresión perpendicular a la fibra Cortante parálelo a la fibra Cortante perpendicular a la fibra

130 14Ü i US

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100 11 0 85

110 120 100

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27

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70

IVcr referencia 2

Este factor es bastante grande debido a los defectos desconocidos En el calculo de los esfuerzos se utiliza un factor de seguridad entre

1-3

Figura 1.22 Pasos para el cálculo dei diseño de ademss.

PRESIONAS EN LOS ADEMES DE MADERA 1*3.1

. Evaluac ión de las oresione s

m e n t e u n diseño mas económico, confiando en su exoeriencia V bue n “

Existen, dos principios en el diseño de los ademes de mad era:

■¿ Z a

1. Los ademes deberán soportar las cargas "con seguridad” (fac tor de segundad), ~ 2. La cantidad ae material y de mano de obra se deberá isstrinzir a un mínimo (factor de economía). El ingeniero deberá esmerarse para cumplir con estos dos princi pio s. Ge ne ra lm en te, el m at er ia l qu e se ne ce sit a no es ec on óm ic o. El mgcracro, ai nacer iss pruebas en el material, puede tomar esfuerzos de segunuad m as altos. Después de hac er mediciones de las caras- en i2S mxnas’ ci pue de sup one r una presión, más baja y^fín ai-

•1-3.2

pueden resumirse'Í0m° :ss amtra « "

Presiones en las galen as

S í U n f uch os wve5í’gadores, la presión en un túnel o galería tiene la íó ra H S*Una bÓVeda Cd°m 0) parabóJica £17>Página 6 80 J. Como las jo m ua as te ór ic as son mu y c om pli cad as, pa ra tiñ es pr ác tic os s e ac ep tan V P-roXimad0S' 13 fonnuja de Protody akon ov, como se ■« « u a ^ ;a iigura 1.23[2, pá gina 382], es como sigue:

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50

ADEMES DE MADERA

PRESIONES EN LOS ADE MES 05 MADERA

H8™

XuS rocas

g1

* ° 0efÍCÍentES dB dureza Protodyak onov y ángulo interno' de fricción de

Formaciones rocosas

£>*rri i /J.1,23 Car§aS 30016 Un marC0 de madera dsl socarán según Protodyakonov

at ~ 7h *Y«h

.

q t = a ta P t = j Ik a y

C1.14) C1.15} (1.16)

Cuarcita, basalto, Jas rocas más duras. Granito duro, arenisca dura, filones de cuarcita; márm ol, dolom ita gnéisxca dura. Piedra caliza dura, granito suave, mármol gneiss, dolomita Arenisca com ún, men a. _ Lutiía arenosa, arenisca lutítica. Esqu isto lutí tico , calizas-arenisca suave y conglomerad o ' Esqmsío frágil, arcilla calcárea dura. Esquisto blando, cali 2a m uy suave, roca de sal, suelo cons e ia d o ’ c a lc á re a , a re n is c a q u e b ra d a , s ue lo pe d re g os o. Gravas, esquisto quebrad o, conglomerado blando antraci ta, hiS ta dur3. ’ Lutíta dura, carbón, Arcilla arenosa ligera. Turba, arcilla arenosa, arena húm eda. Arena, grava fina, suelo qu ebrado, carb ón fracturado. Limo, otro tipo de tierra

20

87° 08;

15

8 6 ° 1 1'

84° 18' 83°3j' 80o32; 5 75°42; 4 ' • •'75°58’ 3 71°34'

10 8 6

© 1.5 1

0.8 0.6 0.5 0.3

63°26' 56°19' 45° 38*40’ 30a58' 26°35' 36°42'

11Ver referencia 1?

en donde h - Altura de la parábola como altura ds la carga, en m. l  Mitad de la anchura de la galena que puede tomarse como la longitud del cabezal en el marco de madera, en m. / = Coeficiente Protodyakonov da dureza que puede tomarse de la Labia 1.9 ó como 0.0^1 de la resistencia a la compresión de la roca en la cual se perfora ei túnel; es ún número sin di mensiones. oc = Resistencia a la compresión de la roca, en kilogramos entre centímetro cuadrado. 7 — Densidad de la roca en toneladas por metro cúbico (ton /m3) o>= Presión sobre el ademe en toneladas por metro cuadrado (tcn/m2). q¡ = Carga por unidad de longitud en toneladas por metro (ton/m). — Di sta nc ia en tr e los ma rc os- de ma der a, en m et ro s. P¡ = Carga total que produce el domo parabólico, en toneladas (ton).

Como una aplicación numérica de la fórmula de Protodyakonov calcúlense la carga unitaria, la carga total que soporta un marco de ademe de madera de 1.8 m de ancho, espaciado a intervalos de 1m ?n n°J a?° f arClila CalCár5a CUya resisíenc* a la comoresión es dé 300 kg/cm 2 y Su densidad d e 2.5 to n/m ^. La resistencia a la compre sión, ¡as densidades y otras características estructurales de las rocas se proporcionan en la tabla 1.10. í

= Y

h =

= 0 -9 u 2

300 /100

-

° '9

3

_ o

3m

Gr = 7h = 2.5 X 0.3 = 0.75 t/nr qT= aía= 0.75 X 1 = 0.75 í/m P t = | X 0.9 X 0.3 X 1 X 15

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50

ADEMES DE MADERA

PRESIONES EN LOS ADE MES 05 MADERA

H8™

XuS rocas

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Formaciones rocosas Cuarcita, basalto, Jas rocas más duras. Granito duro, arenisca dura, filones de cuarcita; márm ol, dolom ita gnéisxca dura. Piedra caliza dura, granito suave, mármol gneiss, dolomita Arenisca com ún, men a. _ Lutiía arenosa, arenisca lutítica. Esqu isto lutí tico , calizas-arenisca suave y conglomerad o ' Esqmsío frágil, arcilla calcárea dura. Esquisto blando, cali 2a m uy suave, roca de sal, suelo cons e ia d o ’ c a lc á re a , a re n is c a q u e b ra d a , s ue lo pe d re g os o. Gravas, esquisto quebrad o, conglomerado blando antraci ta, hiS ta dur3. ’ Lutíta dura, carbón, Arcilla arenosa ligera. Turba, arcilla arenosa, arena húm eda. Arena, grava fina, suelo qu ebrado, carb ón fracturado. Limo, otro tipo de tierra

£>*rri i /J.1,23 Car§aS 30016 Un marC0 de madera dsl socarán según Protodyakonov

at ~ 7h *Y«h

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11Ver referencia 1?

(1.16)

en donde Como una aplicación numérica de la fórmula de Protodyakonov calcúlense la carga unitaria, la carga total que soporta un marco de ademe de madera de 1.8 m de ancho, espaciado a intervalos de 1m

h - Altura de la parábola como altura ds la carga, en m. l  Mitad de la anchura de la galena que puede tomarse como la longitud del cabezal en el marco de madera, en m. / = Coeficiente Protodyakonov da dureza que puede tomarse de la Labia 1.9 ó como 0.0^1 de la resistencia a la compresión de la roca en la cual se perfora ei túnel; es ún número sin di mensiones. oc = Resistencia a la compresión de la roca, en kilogramos entre centímetro cuadrado. 7 — Densidad de la roca en toneladas por metro cúbico (ton /m3) o>= Presión sobre el ademe en toneladas por metro cuadrado (tcn/m2). q¡ = Carga por unidad de longitud en toneladas por metro (ton/m). — Di sta nc ia en tr e los ma rc os- de ma der a, en m et ro s. P¡ = Carga total que produce el domo parabólico, en toneladas (ton).

?n n°J a?° f arClila CalCár5a CUya resisíenc* a la comoresión es dé 300 kg/cm 2 y Su densidad d e 2.5 to n/m ^. La resistencia a la compre sión, ¡as densidades y otras características estructurales de las rocas se proporcionan en la tabla 1.10. í

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53

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socavón según Everiing [2J.

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Figura 1.24 Carga sobre un marco de m adera de

° o o a 0

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A ^ Aiturade la carga, en metros

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04-

ADEME3 0£ MADERA

PRESIONES EN LOS ADEMES DE MAOERA

55

■M

comparación entre las fórmulas de Protody akon ovy^ Eve ring conduce a estas conclusiones. la carga más elevada qué se calculo con la fórmula de Everling, necesita ademes más pesados y un margen m ás amplio de seguridad'. Es más fácil usar la fórmula para calcular las dimensiones del ademe. Por otra parte, la fórmula de Protodyakonov puede utilizarse para obtener-resultados mejores y más pr ec iso s en las fo rm ac io ne s fr ac tu ra da s y po co res iste nte s. E l ing eni ero pu e v, juz ga r las. c on di ci on es de la fo rm ac ió n y ac ep ta r un fa ct or ra  zonable para el cálculo de la carga. La presión lateral en la ro ca d ura es mu y peque ña o insignificante. Las rocas frac turadas ejercen una p resión lateral hasta dos veces supe rior a la carga del techo. 1.3.3 Presión en las frentes largas '9

La sección transversal de la superficie de 3a frente larga con ademes de madera se muestra en la figura 1.25 [2, página 387]. De acuerdo con la teo ría del arco de p resión, la carga principal de los estratos que se encuentran arriba de la superficie de la frente larga se traslada al carbón en frente de la superficie como “contrafuerte delantero”. En la cara de la frente larga hay una “descompresión”, o “relajamiento”en esta zo na solo se deja que el ademe sopo rte la carga dfel techo inmediato (¿also). Si el techo inmed iato es muy débil, se hunde con acuidad y, por expansión, ocupa el relleno de material de desechos que soporta el techo principal. Este es el caso con la mavor parte de las frentes largas que se hunden. Si el techo inmediato no secunde se ordena una atención especial para hacerlo caer y que forme el re lleno d e materia l d e desec hos. Si esta distanc ia sin hundirse es grande el pe so sob re el ad em e de la su pe rf ic ie de la fre nt e es ele va do; en 'ta les casos, se usan sistemas de “rellen o” q ue ocup en completamente el espacio vacío por medio de procedimientos neumáticos o hidráulicos que permiten que el techo inm ediato se deforme sin fracturarse La ' pr es ión se c alc ula seg ún las co nd ic io ne s ae i te ch o inm ed iat o. En la figura 1.25, la altur a del techo inm ediato se da por las fór mulas siguientes: 1 1

7

n

=

m

K  1

(1.19)

Figura 1.25 Sección transversal de una frente krga y altura del techo inmedia to que m uestra el sistema de ademe Í21.

E = 7 s  7 k

lk

7s ~ 7/c

°t =

( 1-21) ( 1. 22 )

(1.23)

en donde h ~ Altura del techo inmediato (falso), en metros. K = Factor-de expansión del techo inmediato. m — Espesor del manto, en metros. E = Expansión del techo inmediato. 7 S  Densidad del techo inmediato (sólido), en toneladas por metro cúbico (ton/m3). Densidad del techo inmediato (fracturado), en toneladas por metro cúbico (ton/ma) c. — Presión del techo inmediato, en toneladas por metro cua drado (ton/m2).

04-

ADEME3 0£ MADERA

PRESIONES EN LOS ADEMES DE MAOERA

55

■M

comparación entre las fórmulas de Protody akon ovy^ Eve ring conduce a estas conclusiones. la carga más elevada qué se calculo con la fórmula de Everling, necesita ademes más pesados y un margen m ás amplio de seguridad'. Es más fácil usar la fórmula para calcular las dimensiones del ademe. Por otra parte, la fórmula de Protodyakonov puede utilizarse para obtener-resultados mejores y más pr ec iso s en las fo rm ac io ne s fr ac tu ra da s y po co res iste nte s. E l ing eni ero pu e v, juz ga r las. c on di ci on es de la fo rm ac ió n y ac ep ta r un fa ct or ra  zonable para el cálculo de la carga. La presión lateral en la ro ca d ura es mu y peque ña o insignificante. Las rocas frac turadas ejercen una p resión lateral hasta dos veces supe rior a la carga del techo. 1.3.3 Presión en las frentes largas '9

La sección transversal de la superficie de 3a frente larga con ademes de madera se muestra en la figura 1.25 [2, página 387]. De acuerdo con la teo ría del arco de p resión, la carga principal de los estratos que se encuentran arriba de la superficie de la frente larga se traslada al carbón en frente de la superficie como “contrafuerte delantero”. En la cara de la frente larga hay una “descompresión”, o “relajamiento”en esta zo na solo se deja que el ademe sopo rte la carga dfel techo inmediato (¿also). Si el techo inmed iato es muy débil, se hunde con acuidad y, por expansión, ocupa el relleno de material de desechos que soporta el techo principal. Este es el caso con la mavor parte de las frentes largas que se hunden. Si el techo inmediato no secunde se ordena una atención especial para hacerlo caer y que forme el re lleno d e materia l d e desec hos. Si esta distanc ia sin hundirse es grande el pe so sob re el ad em e de la su pe rf ic ie de la fre nt e es ele va do; en 'ta les casos, se usan sistemas de “rellen o” q ue ocup en completamente el espacio vacío por medio de procedimientos neumáticos o hidráulicos que permiten que el techo inm ediato se deforme sin fracturarse La ' pr es ión se c alc ula seg ún las co nd ic io ne s ae i te ch o inm ed iat o. En la figura 1.25, la altur a del techo inm ediato se da por las fór mulas siguientes: 1 1

7

n

=

m

K  1

Figura 1.25 Sección transversal de una frente krga y altura del techo inmedia to que m uestra el sistema de ademe Í21.

E = 7 s  7 k

°t =

h ~ Altura del techo inmediato (falso), en metros. K = Factor-de expansión del techo inmediato. m — Espesor del manto, en metros. E = Expansión del techo inmediato. 7 S  Densidad del techo inmediato (sólido), en toneladas por metro cúbico (ton/m3). Densidad del techo inmediato (fracturado), en toneladas por metro cúbico (ton/ma) c. — Presión del techo inmediato, en toneladas por metro cua drado (ton/m2).

PRESIONES EN LOS A0E,V1£S DE MADERA

Jabla 3.13 Factor de hundimiento a

,

tecncr

Condiciones del techo

“

We «Ue  Presenta e„ ,a

°

Roca del techo fácil de hundirse (categoría 1 ) •

Por lo regular, el hundimiento se retrasa algunas veces (cate goría 2)

media"íe 3 i26 P , Pagina 341]:

Roca de techo fuerte se hunde con dificultad (cate goría 3)

l _

(1.30)

(1.23)

en donde

1.8

. ’ f f í ~ 5 J 5 X 2 -5 = 12.87 5 í/m 2 Según Sisica fl 9 1 i, „ fórmula síûienf^ Presión en el adem e se

( 1. 22 )

7s ~ 7/c

(1.19)

ti cálculo de Ja densidad del techn ,Pf2Sión en un m anto de ? m h . * d espesor, con una 1 8 fh n /m 3 ^so de ? 5 f n n / m 3 ' W /m e n l i c i o n e s d e f ra c íu r í ^ COndicio^ s e l i d a s , y rf ra, se hace de ia siguiente man era

( 1-21)

lk

0.31) Relleno completo

i según Ja configur ación geométrica del

Dimensiones geométricas

tactor de hundimiento a ,

* 11 0

\p = 0°

■ 1.0

x = 0 .5 m
l

•

x  1.7 m

¥>= 15° ™>l.Sm
(1.32)

1

1

•-•

/. *, = 1x x + 5m ¿ tan<

Ver refer encias 2 y i g

(1.33)

■ I

en donde

''5

Oy

?

m 7

, d; i é

r t e ei ad em e' « « o " ^ po r met ro

Espesor del manto, en metros "

ci

ta ¡T, ed“ ° ' “

“ >“ ' * * p o r m e tr o c ü-

#2

= ^ ‘3 se calcuió con Ia = Facto r de relleno; h n n é i X t Ó ^ T a Z n “ '*

*3

= Factor de Uut^tiC° ~~°*5’ reêno ^ n iu /ic o ^ í)1p ^ 0 1.12.

K K : K

Sisfca [2. I9j

_= S

V ,

■

’11•_ ° '/:

° m L 2 6 b  0 co” 0 se da en la tabla

Factor de expansión v ° os. z ™ bic

m m e d a i tr o

ed iatr n m stros c ú w- -cü. en voladizo, en raeíros

Volumen del techo inmediato en un ■ 4 metros cúbicos. “ «u». sin ademes, en

ti cálculo de Ja densidad del techn ,Pf2Sión en un m anto de ? m h . * d espesor, con una 1 8 fh n /m 3 ^so de ? 5 f n n / m 3 ' W /m e n l i c i o n e s d e f ra c íu r í ^ COndicio^ s e l i d a s , y rf ra, se hace de ia siguiente man era

PRESIONES EN LOS A0E,V1£S DE MADERA

Jabla 3.13 Factor de hundimiento a

,

tecncr

1.8

Dimensiones geométricas

Condiciones del techo Roca del techo fácil de hundirse (categoría 1 ) •

. ’ f f í ~ 5 J 5 X 2 -5 = 12.87 5 í/m 2 Según Sisica fl 9 1 i, „ fórmula síûienf^ Presión en el adem e se “

We «Ue  Presenta e„ ,a

* 11 0

(1.30)

■ 1.0

x = 0 .5 m
l

Roca de techo fuerte se hunde con dificultad (cate goría 3)

l _

tactor de hundimiento a ,

1

\p = 0°

Por lo regular, el hundimiento se retrasa algunas veces (cate goría 2)

media"íe 3 i26 P , Pagina 341]:

°

i según Ja configur ación geométrica del

•

x  1.7 m

¥>= 15° ™>l.Sm
0.31) Relleno completo

1

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(1.32)

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Ver refer encias 2 y i g

(1.33)

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m 7

Se hunde con facilidad

Por lo regular, ei hundimiento se retras a algunas veces Techo fuerte de hundimiento difícil

Litologia

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K :

Condiciones del lecho inmediato

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Tabla 1.12 Factor da Sosten propio (o de Autoapoyoj) «3-

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Volumen del techo inmediato en un ■ 4 metros cúbicos. “ «u». sin ademes, en

PRESIONES EN LOS ADEMES DE MADERA

Rel len o con material de desecho a3

Estratos de iuíita Hundimiento gruesa Estratos de Neumático lutita fina Sedimento o capa, Hundimiento arcillosa Arenisca de grano Neumático fino y medio Lutita de grano Hundimiento grueso Conglomerado de Neumático arenisca de grano grueso

G.7J 0.40 0.50 0,35 0.40 0.35

a V s r r u f e r e . i c i a s 2 y 29 C a t e g o r í a 1 d a s a ch o

2

Volumen doi techo ademado inmediato y en voladírn metros cúbicos voiadizo, en

Lü_____L

J ____ L

Categoría 2 ¡Se techo

? = Anchura de la frente ademada, en metros

*  f

^

^

Categoría 3 de techo

■ m d  Espesor del relleno, en metros. -

0

2

*

S

S

10

12

14

is

ja

■ ( . o n g l tu c . t e ) c o r a z ó n ¡ t e s t i g o ) n o f r a c t u r a d o ( c m ) .

R e s l a r d f l u t í t l l pr esi on es en vari as *-'n términos del espesor H-’f m-, - n miento fácil, el esfuerzo en un manto

i t

s

res tiga cio nes d<=‘ Ostravz ^ ‘ ’ esfuerzos se calculan de hu,ndi-



fractura de los núcleos obtenido^ po r De-r f dan segün la pu ed en re su m ir co mo sigu e: P ^ fo x a u o n , y ios haü az gos se s Bajo condicion es est:í?scac del t°r hn u actuarsobrciosade^.-v se^™ " . 1 p,r esion de‘ tscho- ai •• «, se m^reuicn ía con el espesor del man to

i-igurs 1.27 Distribución de h presión con ei espesor (o potencia) del manco p Sm - er ¡ ^ R0SÚ'"^ h Insütu te> ins titu to de Investigación« de Oscrava) í-,1 ]. (a) sistema üe e;ij. otacion po r derrum be (b) sistema de reiieno.

* Baio condiciones cam biado s del techo, la oresiónde! techo =•! actuar sobre los ademes, es menor en las frentes con relleno que en las frentes hundidas. ^ Bajo condiciones muy estables del techo y en mantos potentes, se deben usa rsisiemas de relleno pura reducir la presión. Como una aplicación numérica, considérese una frente de hund:miento racil de 2m , E3 manto, con hundimiento, incluye estratos de

^-1^-í.ivil.o uc iVIMUCf-ÍA

PRESIONES EN LOS ADEMES DE MADERA

Tabla 1.12 Factor da Sosten propio (o de Autoapoyoj) «3-

Condiciones del lecho inmediato

Rel len o con material de desecho a3

Litologia

Se hunde con facilidad

Estratos de iuíita Hundimiento gruesa Estratos de Neumático lutita fina Sedimento o capa, Hundimiento arcillosa Arenisca de grano Neumático fino y medio Lutita de grano Hundimiento grueso Conglomerado de Neumático arenisca de grano grueso

Por lo regular, ei hundimiento se retras a algunas veces Techo fuerte de hundimiento difícil

G.7J 0.40 0.50 0,35 0.40 0.35

a V s r r u f e r e . i c i a s 2 y 29 C a t e g o r í a 1 d a s a ch o

2

Lü_____L

Volumen doi techo ademado inmediato y en voladírn metros cúbicos voiadizo, en

J ____ L

Categoría 2 ¡Se techo

? = Anchura de la frente ademada, en metros

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Categoría 3 de techo

■ m d  Espesor del relleno, en metros. -

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■ ( . o n g l tu c . t e ) c o r a z ó n ¡ t e s t i g o ) n o f r a c t u r a d o ( c m ) .

R e s l a r d f l u t í t l l pr esi on es en vari as *-'n términos del espesor H-’f m-, - n miento fácil, el esfuerzo en un manto

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i-igurs 1.27 Distribución de h presión con ei espesor (o potencia) del manco

res tiga cio nes d<=‘ Ostravz ^ ‘ ’ esfuerzos se calculan de hu,ndi-

s

p Sm - er ¡ ^ R0SÚ'"^ h Insütu te> ins titu to de Investigación« de Oscrava) í-,1 ]. (a) sistema üe e;ij. otacion po r derrum be (b) sistema de reiieno.

* Baio condiciones cam biado s del techo, la oresiónde! techo =•! actuar sobre los ademes, es menor en las frentes con relleno que en las frentes hundidas. ^ Bajo condiciones muy estables del techo y en mantos potentes, se deben usa rsisiemas de relleno pura reducir la presión.



fractura de los núcleos obtenido^ po r De-r f dan segün la pu ed en re su m ir co mo sigu e: P ^ fo x a u o n , y ios haü az gos se s Bajo condicion es est:í?scac del t°r hn u actuarsobrciosade^.-v se^™ " . 1 p,r esion de‘ tscho- ai •• «, se m^reuicn ía con el espesor del man to

Como una aplicación numérica, considérese una frente de hund:miento racil de 2m , E3 manto, con hundimiento, incluye estratos de

AOEMES DE MADERA

DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

e! facíor de expansión K = 1 . 3 5 y

d e n si d a d 2!? foB/m3'.

61

«1 = 1 , a 2 = i,

en dond e'

0:3 =0.75, K = -1.35

° t = 2 m X 2.5 ton/m 3 X 1 X 0.75 X ------ l  ____ 1.35- 1 = 10.70 ron/m2

= ^ n P ) “ l0S a de” eS- “ 7 = 2 Z

f re n f e tj:

^

P re ™ S d* 15

t0 nd ad 3s ^ " « t r o cuadrado

£ £ r ° ÍnmedÍaí° ' “

t0-“

™

o c ü -

« * m ^ espesor dei manto, en metros.

fóJuÍdf^ ¿ u T o i t e “ * * “ * ^ Uffli2a !a slón en los túneles de d o c L n f í- !f n° Pam 105 cálculos de & P*¡matena í fiojo ( ueito) PT° “ f rofl“ * d.a d. cuando la roca del techo es de la f re nte E * " . “ ‘S1’“ ^ ' ° S esfu“ “ fórmula se utilizó con éxito en el d £ rf PagI°a 236J' Esta reforzado para un manto potente e ^ ó n m ? T T "■ CMCret° f daménta la fórmula está bien explicada por E.a ns p^ ,

1 1 ^ SfUÍ° de fricción illíeraa de la roca del techo en grados X ~ Coeficiente empírico, puede tom ar* como K = Z - - T . ^ a í lü . C c ü .

.

4 m d e a n ch o , u n a d en si da d d e l t ec h o d ^ T í o n / S y u n "' ^ Ì ¡T’

fricción interna de 40°.

wn/m

B ~ B l + m ta n ^ 45° - - ~ j

a, =  2 Í _

K tan v?

(1.34)

■B==£, + m tan ^45° -

I

= 2 + 2 X 0.4663 = 2.93 m „• = -Z5 ton /m à X 2.93 m 1 X tan 40 °

(1.35)

= 8.72 ton/m 2

Prasión CTfdel techo

1.4

WSEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA , 1.4.1

Principios de diseño

t t r I.2S P „ s ¡ones sobre

frentes ^

y un ángulo de

^

K tta ad M e s ^

^

de

sisue

. *>

sim ple s. D esp ué s se evalúa la p r e ^ c o Í d T " 1“ " 0 * 103“ '® “ 05 se demostró previamente. Se calculan lo, í tes foimu¡as, como momentos máximos, esfuerzos co rta if« . gramas de “ omentos, están sometidas a estos momentos v 11 maX'mos y las seci:i°nes que l a, d im e ns io ne s. Si se e ne ^ “ t e e st y * d et e™ “ a ” entra que estas d intensiones son demasiado

AOEMES DE MADERA


e! facíor de expansión K = 1 . 3 5 y

d e n si d a d 2!? foB/m3'.

61

«1 = 1 , a 2 = i,

en dond e'

0:3 =0.75, K = -1.35

° t = 2 m X 2.5 ton/m 3 X 1 X 0.75 X ------ l  ____ 1.35- 1 = 10.70 ron/m2

= ^ n P ) “ l0S a de” eS- “ 7 = 2 Z

f re n f e tj:

^

P re ™ S d* 15

t0 nd ad 3s ^ " « t r o cuadrado

£ £ r ° ÍnmedÍaí° ' “

t0-“

™

o c ü -

« * m ^ espesor dei manto, en metros.

fóJuÍdf^ ¿ u T o i t e “ * * “ * ^ Uffli2a !a slón en los túneles de d o c L n f í- !f n° Pam 105 cálculos de & P*¡matena í fiojo ( ueito) PT° “ f rofl“ * d.a d. cuando la roca del techo es de la f re nte E * " . “ ‘S1’“ ^ ' ° S esfu“ “ fórmula se utilizó con éxito en el d £ rf PagI°a 236J' Esta reforzado para un manto potente e ^ ó n m ? T T "■ CMCret° f daménta la fórmula está bien explicada por E.a ns p^ ,

1 1 ^ SfUÍ° de fricción illíeraa de la roca del techo en grados X ~ Coeficiente empírico, puede tom ar* como K = Z - - T . ^ a í lü . C c ü .

.

4 m d e a n ch o , u n a d en si da d d e l t ec h o d ^ T í o n / S y u n "' ^ Ì ¡T’

fricción interna de 40°.

wn/m

B ~ B l + m ta n ^ 45° - - ~ j

a, =  2 Í _

K tan v?

(1.34)

■B==£, + m tan ^45° -

I

= 2 + 2 X 0.4663 = 2.93 m „• = -Z5 ton /m à X 2.93 m 1 X tan 40 °

(1.35)

= 8.72 ton/m 2

Prasión CTfdel techo

WSEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA ,

1.4

1.4.1

Principios de diseño

t t r I.2S P „ s ¡ones sobre

frentes ^

y un ángulo de

^

K tta ad M e s ^

62

de

sisue

. *>

sim ple s. D esp ué s se evalúa la p r e ^ c o Í d T " 1“ " 0 * 103“ '® “ 05 se demostró previamente. Se calculan lo, í tes foimu¡as, como momentos máximos, esfuerzos co rta if« . gramas de “ omentos, están sometidas a estos momentos v 11 maX'mos y las seci:i°nes que l a, d im e ns io ne s. Si se e ne ^ “ t e e st y * d et e™ “ a ” entra que estas d intensiones son demasiado

^

ADEMES DE MADERA

>' y AA~

P *

Viga superior: cabezal

DISEÑO DE LOS ADEMES DE MAÜERA

53

un marco de madera típico de un túnel [2 , pá gin a 39 8] . Se ind ica n los esfuerzos en los cabezales y en los postes con sus dimensiones apropiadas y se incorporan los diagramas del momento y del esfuerzo cortante. El marco de madera trabaja como una viga simple que se apoya en ambos extremos, con carga uniformemente distribuida. Las cantid ades y las ecuac iones que se aplican a la figura son las siguientes: M x = 0.5 q t L b x  0.5 q ¡ x 2

w

Mxaáx = 0. 12 5 q tL l x

Diagrama ds mom entos

~

2

7 _ ZM _ n ,

r

x ~ ~ d x ~

b ~ qiX

Diseño d e los cabezales de madera. El cabezal en los ademes de m ade Diagrama de ia fuerza cortanta

ra está sujeto a flexión. El momento y el esfuerzo máximos por fle xión se ob tienen con las fórmulas siguientes:

q i = o t a

(1.36)

Afmá* * 0.125 gr¿ |

S---

^ máx

M

a ‘> = — ñ n < ÍJ *r

Figura 1.29 Esquema del diseño de los marcos de madera en un socavón [2]: a) sistema de ademe; b) modelos estáticos; c) diagramas- de una viga simple mente apoyada.

grandes, se hacen modificaciones. Finalmente, se hacen las verifica ciones de los esfuerzos permisibles para las dimensiones y para ei material. Si no se satisfacen los límites de seguridad, se escogen di mensiones más grandes y se repiten los cálculos hasta que los valo res más bajos de los esfuerzos permitan un uso seguro. 1.4.2

(1.37)

,

Marcos de made ra en los túneles

El diseño de los marcos en ios túneles o caño nes consiste en encontrar el tamaño apropiado para los cabezales, posíes laterales y partes auxiliares como cuñas, revestimiento etc. En la figura i .29 se muestra

W = 0.098 db

(1-38) c;-_

d b > 1 .084 (  ^ L l Y 3  \ °V / donde

a t ‘

¿mi* 'b ab a d

Carga uniforme. Presión uniforme. Distancia entre los marcos. Momento máximo de flexión. Longitud del cabezal. . Esfuerzo He xiona níe.r i Esfuerzo permisible de flexión para la madera. Diámetro del cabezal.

(1.39) (1.40)

62

ADEMES DE MADERA

>' y AA~

P *

Viga superior: cabezal

DISEÑO DE LOS ADEMES DE MAÜERA

53

un marco de madera típico de un túnel [2 , pá gin a 39 8] . Se ind ica n los esfuerzos en los cabezales y en los postes con sus dimensiones apropiadas y se incorporan los diagramas del momento y del esfuerzo cortante. El marco de madera trabaja como una viga simple que se apoya en ambos extremos, con carga uniformemente distribuida. Las cantid ades y las ecuac iones que se aplican a la figura son las siguientes: M x = 0.5 q t L b x  0.5 q ¡ x 2

w

Mxaáx = 0. 12 5 q tL l x

Diagrama ds mom entos

~

2

7 _ ZM _ n ,

r

x ~ ~ d x ~

b ~ qiX

Diseño d e los cabezales de madera. El cabezal en los ademes de m ade ra está sujeto a flexión. El momento y el esfuerzo máximos por fle xión se ob tienen con las fórmulas siguientes:

Diagrama de ia fuerza cortanta

q i = o t a

(1.36)

Afmá* * 0.125 gr¿ |

S---

^ máx

M

,

a ‘> = — ñ n < ÍJ *r

Figura 1.29 Esquema del diseño de los marcos de madera en un socavón [2]: a) sistema de ademe; b) modelos estáticos; c) diagramas- de una viga simple mente apoyada.

grandes, se hacen modificaciones. Finalmente, se hacen las verifica ciones de los esfuerzos permisibles para las dimensiones y para ei material. Si no se satisfacen los límites de seguridad, se escogen di mensiones más grandes y se repiten los cálculos hasta que los valo res más bajos de los esfuerzos permitan un uso seguro. 1.4.2

(1.37) (1-38)

W = 0.098 db

c;-_

(1.39)

d b > 1 .084 (  ^ L l Y 3  \ °V /

(1.40)

donde

a t ‘

Marcos de made ra en los túneles

¿mi* 'b ab a

El diseño de los marcos en ios túneles o caño nes consiste en encontrar el tamaño apropiado para los cabezales, posíes laterales y partes auxiliares como cuñas, revestimiento etc. En la figura i .29 se muestra

d

Carga uniforme. Presión uniforme. Distancia entre los marcos. Momento máximo de flexión. Longitud del cabezal. . Esfuerzo He xiona níe.r i Esfuerzo permisible de flexión para la madera. Diámetro del cabezal.

64 ADEMES DE MADERA

DíSEÑO OS LOS ADEMES OE MADERA

65

La carga pu ed e determinarse con:

<'=«***>

(I.4I)

m

"

i g / ^ e n t o n c e T ” 63 n° r maI es s e P c e d e t om a r a = 0.5, 7 = 0.0025
(1.43)

en donde

a ~ Di^r^ cabezai, en centímetros = S U e nm l o sm a rc ^ M c e n tím e tros" " S ^ ™ ^ d^ . « ^ o , p o r ce„ tf a ( , . pora madera de segunda ciase, 1J0 kg/cm 2

Longitud

v t p , . ^ 30 D i fa e t™ de * "

™

definido y se obtiene su

el esfuerzo co rta nte que se genera e n ? dÍámetro contra zaies en las esquinas para aL ta rle s í eSqUmas‘ Se corran Ios cabe os figura 1.29. También se debe rn m ° S^ ^ C° m° Se muestra en m e t ro p a r a l a v e r i f i c ó d el es fu e rz o c o m n t e “ TedUCCÍÓn “ ti ^ ^"raá* = K

F

2"= 0.5

T~r V = 0,5 a  L b a

(1.45)

(1.46)

r - = -1 Q-5 GtL„a m3-x 3 0.785 úí| /

(1.47)

= 0.849 f f 7 I í a ' 3 ¡ “ dc

(1.48)

= 0.849 - t í 3i í ¿ j uó

(1.49)

en donde nax

Esfuerzo cortan te máximo en icilnmmA tro cuadrado. icii°srími0s Por centíme-

K = -Factor, sección transversal circular, 4/3 Icilo X oT “ ^

( 1. 44 )

^ . d o s =„a tr a «, ancio deI ¡oa_

■^0.785 ¿J

da clase es de 90 kg/cm2 eldiím t ^ f on para ía cadera de según M “ bezaI PUede *rafi^ se ®n t» ía longitud del mismo’cómo” ^ ■“ * f * ™ 40 0 ). Se muestran « r ^ T ™ S dei techo (a= 0 2 5 ), para condiciones medias fa l n ?l ~ í). Puesro que la madera con V * Y paTa malas cond]ciones (« ^ manejar y ¿e =ons” u " p de 25 « difícil

lon gto ?

de los cabezales ímj

reaCCÍ° ” s e"

en

^ o T c u a i fo f ” trMSV'erSal dC¡ CabeZa1’ “ “ «* >»  4, - Diámetro del cabezal, en centímetros.

64 DíSEÑO OS LOS ADEMES OE MADERA

ADEMES DE MADERA

65

La carga pu ed e determinarse con:

<'=«***>

(I.4I)

m

"

i g / ^ e n t o n c e T ” 63 n° r maI es s e P c e d e t om a r a = 0.5, 7 = 0.0025
(1.43)

en donde

a ~ Di^r^ cabezai, en centímetros = S U e nm l o sm a rc ^ M c e n tím e tros" " S ^ ™ ^ d^ . « ^ o , p o r ce„ tf a ( , . pora madera de segunda ciase, 1J0 kg/cm 2

Longitud

™

■^0.785 ¿J

/

definido y se obtiene su

nax

|

§

i.S | | I é I I | | [ I

■d c — Diám etro del co rte en el cabezal en la esquina (centí metros). dc¡db es el factor de ajuste en la esquina. 7sf ~ Esfuerzo cortante permisible, en kilogramos por cen tímetro cuadrado. Si ei diámetro que se encontró no corresponde al 'rmáx, se deberá aumentar y a (la distancia entre los marcos) se deberá disminuir pro po rc ion alm en te. Di se ño de ios po st es late rale s. Los postes laterales de los ademes de madera están som etidos a presiones de los lados y a las reacciones en sus extremos. Por lo ta nto, en su diseño, se deberán evaluarlos esfuer zos normales de compresión y de flexión. En la práctica, se utilizan pa ra los po ste s los mi sm os di ám etr os que tie ne n los cab eza les. Sin embargo, este diámetro se deberá verificar. Las fórmulas respectivas son las siguientes:

atf>a„±ab

/ o /

 F ± 0.85

(L5Q)

(L5l)

M m & x

F ~ ~ d y2 = 0.785 d \

(1.52)

MmSx " 0.125 q y L y

(1.53)

W ~ 0.09S dy

CY 54)

, 4¿* 4 L v x = ~ 3 7 = ~ l f

o j s )

w= /(X)

'

R = 0.5 q tL¡¡

.

(1.56)

< v s - 0 .6 3 7 u ! ^ . ± L 0g4 M - 0.63 7^

(1.49)

Esfuerzo cortan te máximo en icilnmmA tro cuadrado. icii°srími0s Por centíme-

^

x

1.084^

i.

en

it | | ¡ I I | | | j |


b/

ar = E sfuerzo normal. a b = Esfüerzo flexionante. í j - Fac tor de flambeo (ver tabla 1.13), una función de esbeltez. A = Relac ión de esbeltez. Módulo de sección del poste, en centímetro s cúbicos. R — Re ac ció n de la carg a, en kilogra mos^ (a un qu e los po ste s están ligeramente inclinados, se toman como verticales). Carga uniforme del techo, en kilogramos por metro. o y — Presiones de los lados, en kilogramos por centím etro cuadrado. ^ Longitud del cabezal, en centímetros. L y — Longitud del poste, en centím etros.^ a — Distancia entre los marcos, en centímetros. dy ~ Diámetro del poste, en centímetros. ^ ~ Longitud por flambeo (o por pandeo) L .ti J. ' y ' H 'A El factor de pandeo se obtiene de la tabla 1.13, ai calcula rse\p o r~ ' la ecuación (1.55). Si se aplica la ecuación (.1.58) y se encu entra satisfac torio el resultado, entonces, el dy queda terminado. De otra'manera, se escoge un di ám et ro má s gra nde o un a a más pequeña (distancia entre ¡os marcos) y se realiza otro tanteo.

| ■ Di se ño de lo s calc es o cuñ as. Las cuñas se diseñan de una manera similar a los cabezales. El espaciamiento en condiciones comunes es j ^ absolutamente suficiente. Bajo condiciones malas o variables, se deber ra hacer un nuev o diseño. Por lo general, los calces que se corta n loní Situd malm ente de los poste s de 12 a 18 cm son adecuados. El diseño • se hace suponiendo que el esfuerzo flexionante está bajo el límite de seguridad (figura 1.31) [2, página 404].

(1.57)

(1J8)

r ~ 1.14 2a

Ov

1/2

calce lado a lado

(1.59)

2Z\l/3

en donde

r G.86SÍ — \

cSf

reaCCÍ° ” s e"

^ o T c u a i fo f ” trMSV'erSal dC¡ CabeZa1’ “ “ «* >»  4, - Diámetro del cabezal, en centímetros.

ADE ME S DE MADE RA

>

= 0.849 - t í 3i í ¿ j uó

K = -Factor, sección transversal circular, 4/3

(1.45)

-:gf-6

_

(1.48)

en donde

( 1. 44 )

= 0,5 a  L b a

2"= 0.5

(1.47)

= 0.849 f f 7 I í a ' 3 ¡ “ dc

Icilo X oT “ ^

T~r V

F

(1.46)

r - = -1 Q-5 GtL„a m3-x 3 0.785 úí|

el esfuerzo co rta nte que se genera e n ? dÍámetro contra zaies en las esquinas para aL ta rle s í eSqUmas‘ Se corran Ios cabe os figura 1.29. También se debe rn m ° S^ ^ C° m° Se muestra en m e t ro p a r a l a v e r i f i c ó d el es fu e rz o c o m n t e “ TedUCCÍÓn “ ti ^ ^"raá* = K

^ . d o s =„a tr a «, ancio deI ¡oa_

v t p , . ^ 30 D i fa e t™ de * "

da clase es de 90 kg/cm2 eldiím t ^ f on para ía cadera de según M “ bezaI PUede *rafi^ se ®n t» ía longitud del mismo’cómo” ^ ■“ * f * ™ 40 0 ). Se muestran « r ^ T ™ S dei techo (a= 0 2 5 ), para condiciones medias fa l n ?l ~ í). Puesro que la madera con V * Y paTa malas cond]ciones (« ^ manejar y ¿e =ons” u " p de 25 « difícil

lon gto ?

de los cabezales ímj

Esiuerzo permisible, en kilogramos po r centíme tro cua drado.

\ ¡

l a \ l /z h k = 0.865 a [ —’—] \ <7„,- /

calce espaciado

(1.60) (1 61 ' ' ' ■-

-:gf-6

|

ADE ME S DE MADE RA

§

■d c — Diám etro del co rte en el cabezal en la esquina (centí metros). dc¡db es el factor de ajuste en la esquina. 7sf ~ Esfuerzo cortante permisible, en kilogramos por cen tímetro cuadrado. Si ei diámetro que se encontró no corresponde al 'rmáx, se deberá aumentar y a (la distancia entre los marcos) se deberá disminuir pro po rc ion alm en te. Di se ño de ios po st es late rale s. Los postes laterales de los ademes de madera están som etidos a presiones de los lados y a las reacciones en sus extremos. Por lo ta nto, en su diseño, se deberán evaluarlos esfuer zos normales de compresión y de flexión. En la práctica, se utilizan pa ra los po ste s los mi sm os di ám etr os que tie ne n los cab eza les. Sin embargo, este diámetro se deberá verificar. Las fórmulas respectivas son las siguientes:

atf>a„±ab _

>

/

o /  F ± 0.85

(L5Q)

(L5l)

M m & x

F ~ ~ d y2 = 0.785 d \

(1.52)

MmSx " 0.125 q y L y

(1.53)

W ~ 0.09S dy

CY 54)

, 4¿* 4 L v x = ~ 3 7 = ~ l f

o j s )

w= /(X)

'

R = 0.5 q tL¡¡

.

(1.56)

< v s - 0 .6 3 7 u ! ^ . ± L 0g4 M - 0.63 7^

^

x

i.


i.S | | I é I I | | [ I it | | ¡ I I | | | j |

b/

ar = E sfuerzo normal. a b = Esfüerzo flexionante. í j - Fac tor de flambeo (ver tabla 1.13), una función de esbeltez. A = Relac ión de esbeltez. Módulo de sección del poste, en centímetro s cúbicos. R — Re ac ció n de la carg a, en kilogra mos^ (a un qu e los po ste s están ligeramente inclinados, se toman como verticales). Carga uniforme del techo, en kilogramos por metro. o y — Presiones de los lados, en kilogramos por centím etro cuadrado. ^ Longitud del cabezal, en centímetros. L y — Longitud del poste, en centím etros.^ a — Distancia entre los marcos, en centímetros. dy ~ Diámetro del poste, en centímetros. ^ ~ Longitud por flambeo (o por pandeo) L .ti J. ' y ' H 'A El factor de pandeo se obtiene de la tabla 1.13, ai calcula rse\p o r~ ' la ecuación (1.55). Si se aplica la ecuación (.1.58) y se encu entra satisfac torio el resultado, entonces, el dy queda terminado. De otra'manera, se escoge un di ám et ro má s gra nde o un a a más pequeña (distancia entre ¡os marcos) y se realiza otro tanteo.

| ■ Di se ño de lo s calc es o cuñ as. Las cuñas se diseñan de una manera similar a los cabezales. El espaciamiento en condiciones comunes es j ^ absolutamente suficiente. Bajo condiciones malas o variables, se deber ra hacer un nuev o diseño. Por lo general, los calces que se corta n loní Situd malm ente de los poste s de 12 a 18 cm son adecuados. El diseño • se hace suponiendo que el esfuerzo flexionante está bajo el límite de seguridad (figura 1.31) [2, página 404].

(1.57)

1.084^

r ~ 1.14 2a

(1J8)

Ov

1/2

calce lado a lado

(1.59)

2Z\l/3

en donde

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Esiuerzo permisible, en kilogramos po r centíme tro cua drado.

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calce espaciado

(1.60)

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(1 61 ' ' ' ■-

68 ADEMES DE MADERA DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

Tablai:i3Factores de fiambeo cjfl X+

O í T 1.00 l.Oi 10

1.07

20

1.15 2.25

30 40 50 60 |

1.36 1.50 j.67

70

J.S7

90 ICQ HO

2.14 2.50 3 .£ 3.73

120

4.55

130 140, 160 170 ISO

5.48 6.51

I

Paste lateral ! .01

1.16

1.09 1.17

1.26 1.3S

1.27 1J 9

1.52 1.69 1.90

1.53 1.70

2.17 2.54

2.21

1.92 2.58 3.14 3.89 4.73 5.67 6.73 7.90

3.07 -3.8! 4.64 5.57

6.62 7.65 7.77 8.91 9.04 ¡0.29 10.43 11.80 1 ¡1.95

13.43 13.61 •200 15.20 15J8 210 17.11 17J1 220 19.17 19.33 230 21.37 21.60 240 23.73 23.' 250 26.25

69

9.18 10.58 12.11

13.78 ¡5.57

1.02 j 1.03 1.09 1.10 1.18 1.19 1.29 1.40 1.55 J.72 1.95 2.24 2.63 3.21 3.97 4.32 5.77 6.84 8.02

9.31 10.73 12.27 13.95 15.76 17.71 19.21

¡7.51 19.60 21.33

22.06 24.47

24.22

1.03

i-04

1.11 1.20

I

1.05

¡.06

1.12

1J 3

1.21

1.14 1.15 1.23 Í 1.24 1J4 ¡J5

129

13 0

1.32

1.23 1.33

1.42 1.56 1.74 1.97

1.43

1.44 Í.60

1.46 1.61

1.58 j 1.76 1.79 2.00 2.03 2.31 2.34 2.73 2.78 3 JS 3.43

2.27 3.28 4.05 4.91 6.95 8.14 9.45 10.88

12.44 14.12 15.95 17.92 20.03 223Q 24.72

4.13 5.00 5.98

4.21 5.09

7.07 8.27

7.18 8.39 9 .5 8 ! 9 .7 2 11.03 11.18 12.60 12.76 14.30 16.14 13.12 20.25 22.53 24.97

1.81 2.05 2.38 2.83 3.50 4.29 51.9 6.19 8.52 9.86 11J3 22.93

I

1.06

1.47 1.63 1.83 2.

¡0 20 30

1.49

40

1.65

50

1.85

60

2.11

70

Calce o cuña

:prc? Cales semicircular

2.42 Í 2.46

=0.12%J 90

3.57

3.Ò5

100

4.38 5.28

4.46

no

5J S 6.40 7.53

120

6.29 7.41 8.65 ¡0.00

130 140 150 160

8.78 10.15 11.48 11.64 ¡70 13.09 ¡3.26 180 j 14.48 14.66 14.84 15.03 190 | 16,33 Í 16.52 16.71 16.91 200 | ¡8.33 ¡8.53 18.74 13.95 210 20.47 20.69 20.92 21.14 220 22.77 3.0! 23.25 23.49 230 1 25.22 25.48 25.73 25.99 240 250

“Ver referencia 2.

en donde

_ M o d e l o e s t á t ic o Calce rectangular

Figuia 1.31 Diseños para los calces (cuñas) en un marco del socavón [2]^

Ap lic ac ió n nu mé ric a. Calcule las dimensiones deu n ma rco de madera e‘"1 un tú nel bajo las siguientes condiciones : • Anchura dei túnel o galería = 1.75 m ? ^ Altura = 2.00 m . s Distancia entre los marcos = 0.75 m ~ ” Esfuerzo permisible de flexión para la madera de pino a , = 110 kg/cm- (calidad ae la madera dé'2a,c lase, ver tabla 1 8) Esfuerzo cortante permisible para ia madera de vin o r , = 30 - k g/cm 2 . • _. . * sf JU Con diciones de carga = me_dia -(a —0.5 ) Obténgase primero ia presión que se genera;

h, = f n f T “ m T POS“ 0 = ^ en “ « «m et ro s. a = lc eo c“fla rectangular, en centímetros c = entre | os marcos del túnel, en centímetros. c Distancia entre los calces, en centímetr os.

Presión dei techo <7, = a 7¿ a

--■ ■

= 0.5 X 2.5 ton/rn3 X 1.75 m

' = v =

c

e

n S

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t

f

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t

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°

= 2.1875 Ton/m2 = 0.21375 Jcg/cm2

« «



Presión lateral

'a y = K a T ^ l X a ( ~ 0.21875 kg/cm2

■

68 ADEMES DE MADERA DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

Tablai:i3Factores de fiambeo cjfl X+

O í T 1.00 l.Oi 10

1.07

20

1.15 2.25

30 40 50 60 |

1.36 1.50 j.67

70

J.S7

90 ICQ HO

2.14 2.50 3 .£ 3.73

120

4.55

130

5.48 6.51

140, 160 170 ISO •200

210

220 230 240 250

I

Paste lateral ! .01

1.16

1.09 1.17

1.26 1.3S

1.27 1J 9

1.52 1.69 1.90

1.53 1.70

2.17 2.54

2.21

1.92 2.58 3.14 3.89 4.73 5.67 6.73 7.90

3.07 -3.8! 4.64 5.57

6.62 7.65 7.77 8.91 9.04 ¡0.29 10.43 11.80 1 ¡1.95 13.43 13.61 15.20 15J8 17.11 17J1 19.17 19.33 21.37 21.60 23.73 23.' 26.25

69

9.18 10.58

1.02 j 1.03 1.09 1.10 1.18 1.19 1.29 129 1.40 1.42 1.55 1.56 J.72 1.95 2.24 2.63 3.21 3.97 4.32 5.77 6.84 8.02

9.31 10.73 12.27

12.11

13.78 ¡5.57

13.95 15.76 17.71 19.21

¡7.51 19.60 21.33

22.06 24.47

24.22

2.27 3.28 4.05 4.91

10.88

12.44 14.12 15.95 17.92 20.03 223Q 24.72

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1.11 1.20

I

1.05

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1.21

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1.32

1.23 1.33

1.43

1.44 Í.60

1.46 1.61

1.58 j 1.76 1.79 2.00 2.03 2.31 2.34 2.73 2.78 3 JS 3.43

1.74 1.97

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1.03

4.13 5.00 5.98

7.18 8.39 9 .5 8 ! 9 .7 2 11.03 11.18 12.60 12.76 14.30 16.14 13.12 20.25 22.53 24.97

I

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¡0 20 30

1.49

40

1.65

50

1.85

60

2.11

70

Calce o cuña

:prc? Cales semicircular

2.42 Í 2.46

=0.12%J 90

3.50 4.29

4.21 5.09

7.07 8.27

1.47 1.63 1.83 2.

1.81 2.05 2.38 2.83

1.06

3.57

3.Ò5

100

4.38 5.28

4.46

no

5J S 6.40 7.53

120

6.29 7.41 8.65 ¡0.00

_ M o d e l o e s t á t ic o Calce rectangular

130 140 150 160

8.78 10.15 11.48 11.64 ¡70 13.09 ¡3.26 180 j 14.48 14.66 14.84 15.03 190 | 16,33 Í 16.52 16.71 16.91 200 | ¡8.33 ¡8.53 18.74 13.95 210 20.47 20.69 20.92 21.14 220 22.77 3.0! 23.25 23.49 230 1 25.22 25.48 25.73 25.99 240 250

Figuia 1.31 Diseños para los calces (cuñas) en un marco del socavón [2]^

Ap lic ac ió n nu mé ric a. Calcule las dimensiones deu n ma rco de madera e‘"1 un tú nel bajo las siguientes condiciones : • Anchura dei túnel o galería = 1.75 m ? ^ Altura = 2.00 m . s Distancia entre los marcos = 0.75 m ~ ” Esfuerzo permisible de flexión para la madera de pino a , = 110 kg/cm- (calidad ae la madera dé'2a,c lase, ver tabla 1 8) Esfuerzo cortante permisible para ia madera de vin o r , = 30 - k g/cm 2 . • _. . * sf JU Con diciones de carga = me_dia -(a —0.5 )

“Ver referencia 2.

en donde

Obténgase primero ia presión que se genera;

h, = f n f T “ m T POS“ 0 = ^ en “ « «m et ro s. a = lc eo c“fla rectangular, en centímetros c = entre | os marcos del túnel, en centímetros. c Distancia entre los calces, en centímetr os.

Presión dei techo <7, = a 7¿ a

--■ ■

= 0.5 X 2.5 ton/rn3 X 1.75 m

' =

c

e

v =

n S

t

S

f

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e

t

r

°

f de flexión en

= 2.1875 Ton/m2 = 0.21375 Jcg/cm2

« «



Presión lateral

'a y = K a T ^ l X a (

■

~ 0.21875 kg/cm2

70

I

AOEMES DE ¡VIADSR 4 f_

i re puede calcular ahora el diámetro del cabezal como sigue; '

' f

d b = 0 A l 7 L b (  ^ ) l/3

' f

V j

|

 O . U 7 X l 7 5 Í 2 L ) lf3 \llQf - 18 cm


(d = 20), o puede reducirse la distancia entre los marcos (a =15 cm). Como la experiencia ha mostrado una cierta inclinación hacia el fac tor de seguridad, se pue de conservar esta medida (d = 18) puesto que la diferencia entre 130 y 114 kg/cm¿ no es demasiado grande. Si apa recen fracturas excesivas, se puede incrementar el tamaño. El diámetro también se deberá verificar con respecto a la penetra ción dentro de la formación del suelo. El esfuerzo en la parte inferior de los postes se calcula como sigue:

te e n la s esquinas. ’s u p ' c S ^ r ^ “ fl“ ™ c “ “ cm, la ecuación (1,49) se puede utilizar co m o ^ u í ^ “ * 12 '5

_ ca rg a _ 0.5 q t L b _ Q.SasaLb área EV/4) d j {V/4}

= 0 ^ 4 9 2 1 0 2 1 8 7 5 X 1 75 X 7 5 (12.5)3

(18)

_ 0. 5 X 0.21875 X 75 X 175 0.785 (I8)2

= 22.46 kg/cm 2 < 3 0 kg/cm2 el cual es bastante seguro.

= 5.64 kg/cm2

(rsf)

entonces verificar“'í t Í Z l o l o ío ^ m e : ^ P°SteS'iateraies’ se ^ b c

Si en la tabia 1.13 se tnman ¿tn a i

horizon taime nte, oj = i 40  s. __ r Ios esfuerzos flexionanie"; ^ ecuación ( 1 .5 8 ) como sig uí

°

71

^

pnmera columna vertical y 4 “ = 14 3 . 56 deCen™ n con la

^ = -0.6 37 X-! 4q v QJ1 875 X 75 X !7^ I3 2

s*

r = 0.86 5 ( M

i I

l r é ^ 0 X ( 7 5¿ j>/»

= 6.6 cm

{

±1.0X4 y M l á J S X 7 5 ( 2 0 0) 2 ?o i

I I f

El terreno menos estable, como la lutitu tiene una capacidad de sopor te de 40 kg/cm2. Por consiguiente, el esfuerzo que ocasionan los po ste s es b as ta nt e ba jo; de est a m an era , ex iste seg urid ad co h res pc cro a la penetración de los po stes en el piso. Ei tamaño de los calces, ecuación (1.59), suponiendo que se han colocado a intervalos de 40 cm, se determina como sigue:

-

~  8 . OS ± 121.98 k g f c m 2

I

?

Así, se pueden dividir los postes de ! 2 cm en dos partes, longitudinal mente (r =6 cm) y u tilizarlos como calces o cuñas. El consumo total de madera porcada metro de longitud de túnel se puede calcular como sigue:

f f' =  8 . 0 S  í 2 I . 9 S =  1 3 0 .0 6 k g /c m 2 = “S.08 + 121.98 = + 113.90 kg/cm2

bl e ^ 1 0

^

r f ^ 05 ^

^ eSÍUefZ° p er ^

esce caso, se P uede escoger un diámetro muvor

1 cabezal 2 postes 15 calces

O /4)(0 .18 )2 i.75 2{7r/4)(0.j8)2 2.00 15 X | X 0r/4)( 0.12 )20.75 Total por marco

0.044 m3 0.101 m3 0.063 m3 0.203 m3

70

I

AOEMES DE ¡VIADSR 4 f_

i re puede calcular ahora el diámetro del cabezal como sigue; '


' f

d b = 0 A l 7 L b (  ^ ) l/3

(d = 20), o puede reducirse la distancia entre los marcos (a =15 cm). Como la experiencia ha mostrado una cierta inclinación hacia el fac tor de seguridad, se pue de conservar esta medida (d = 18) puesto que la diferencia entre 130 y 114 kg/cm¿ no es demasiado grande. Si apa recen fracturas excesivas, se puede incrementar el tamaño. El diámetro también se deberá verificar con respecto a la penetra ción dentro de la formación del suelo. El esfuerzo en la parte inferior de los postes se calcula como sigue:

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|

 O . U 7 X l 7 5 Í 2 L ) lf3 \llQf - 18 cm te e n la s esquinas. ’s u p ' c S ^ r ^ “ fl“ ™ c “ “ cm, la ecuación (1,49) se puede utilizar co m o ^ u í ^ “ * 12 '5

_ ca rg a _ 0.5 q t L b _ Q.SasaLb área EV/4) d j {V/4}

= 0 ^ 4 9 2 1 0 2 1 8 7 5 X 1 75 X 7 5 (12.5)3

(18)

_ 0. 5 X 0.21875 X 75 X 175 0.785 (I8)2

= 22.46 kg/cm 2 < 3 0 kg/cm2 el cual es bastante seguro.

= 5.64 kg/cm2

(rsf)

El terreno menos estable, como la lutitu tiene una capacidad de sopor te de 40 kg/cm2. Por consiguiente, el esfuerzo que ocasionan los po ste s es b as ta nt e ba jo; de est a m an era , ex iste seg urid ad co h res pc cro a la penetración de los po stes en el piso. Ei tamaño de los calces, ecuación (1.59), suponiendo que se han colocado a intervalos de 40 cm, se determina como sigue:

entonces verificar“'í t Í Z l o l o ío ^ m e : ^ P°SteS'iateraies’ se ^ b c

Si en la tabia 1.13 se tnman ¿tn a i

horizon taime nte, oj = i 40  s. __ r Ios esfuerzos flexionanie"; ^ ecuación ( 1 .5 8 ) como sig uí

°

71

^

pnmera columna vertical y 4 “ = 14 3 . 56 deCen™ n con la

^ = -0.6 37 X-! 4q v QJ1 875 X 75 X !7^ I3 2

r = 0.86 5 ( M

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i I

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= 6.6 cm

{

±1.0X4 y M l á J S X 7 5 ( 2 0 0) 2 ?o i

I I f

-

Así, se pueden dividir los postes de ! 2 cm en dos partes, longitudinal mente (r =6 cm) y u tilizarlos como calces o cuñas. El consumo total de madera porcada metro de longitud de túnel se puede calcular como sigue:

I

?

~  8 . OS ± 121.98 k g f c m 2 f f' =  8 . 0 S  í 2 I . 9 S =  1 3 0 .0 6 k g /c m 2 = “S.08 + 121.98 = + 113.90 kg/cm2

bl e ^ 1 0

^

r f ^ 05 ^

1 cabezal 2 postes 15 calces

^ eSÍUefZ° p er ^

O /4)(0 .18 )2 i.75 2{7r/4)(0.j8)2 2.00 15 X | X 0r/4)( 0.12 )20.75 Total por marco

esce caso, se P uede escoger un diámetro muvor

0.044 m3 0.101 m3 0.063 m3 0.203 m3

72 ADEMES DE MADERA

DISEÑO OE LOS ADEMES DE MADERA 73

c o n s S o d e m ad era p o ^ c S í m e f ^ ^ 0 * in íe rv aio s d e ° -7 5 m; e l..: sigue _ ' P rc a d a m e tr o d e t ún el, 3e calc uia en ton ce s c om o

cTmo s i“ - Iga

Consumo po r cada me tro de túnel = °-208 0.75-

K

¡° S

* * —

iones « * . dadas

= Q A 56 a( 3{ 32 - 3jS+ I ) ¿ |

^ ^

Ra  (GA 5 7 (32 + 0.46S ¡3~ 0.356) ^ L l .

= 0-277 m 3/m 1-4-3

= ^

Re fuerzos en los marcos de los túneles

*.-(0.15 7 r 

.

Los marcos de un túnel sn rh n -= d - i n u i r el ta ma flo d e ê tzo sp ara Se muestran refuerzos tíoicos en la fiVurl PM ? % - Un cabezal con tales refuerzo- tr a h lí 1 ' P m m 409J' uniformemente repartida y con tres apoyos Si ssef supone s L T una condición C°n ^ v y s. oí

J W 2 5

0 . 7 8 5 ^

0

.

4

6

(I .63) 8

/

( l f i 4)

' ‘

* *

(, 65)

endonde

"¿ni -

_ en ton ela ^^ po T m Ío60 ^ P°Ste

l ° ^ im á del«b e a l, en metros

r I

n

s

gm a4 I2J .

s

° CentraI*

s

s

"

^

'

^

s

s

s

s

s

^

ra CCmotíi'dad dei diseño [2, pá-

Como se muestra en la fícrura 1 n *1™« tra en jS= 0 .5 , ai centro del m i m n ■ *'m°menf0 mimino ^ enciien para el madero. Si se coloc an lo’ ,mimmj2aíldo ei tamaño necesario P uede hacer e l ca',culo “ m S 1 * « ’■» “ peimisibte <*« fte ^ n es de 110 1 ¡ 0 0 Ta T ' T ^ ¿ distancia entre los marcos del túnel e s 7 = L ¡? ~ l ^ h tune! es Lb - 3 m entonces; f qUe ei aflcho d^ M c ~ 0.039 aL% = 0.039 X 1 X (3) 3 = 1^053 ton/m '

El diámetro del cabezal db se determina como sfeue:

Fisura 1.32 R if u s o , M el maíco ds =„ MC;1ÍÚI] (2]

72 ADEMES DE MADERA

DISEÑO OE LOS ADEMES DE MADERA 73

c o n s S o d e m ad era p o ^ c S í m e f ^ ^ 0 * in íe rv aio s d e ° -7 5 m; e l..: sigue _ ' P rc a d a m e tr o d e t ún el, 3e calc uia en ton ce s c om o

cTmo s i“ - Iga

Consumo po r cada me tro de túnel = °-208 0.75-

K

¡° S

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iones « * . dadas

= Q A 56 a( 3{ 32 - 3jS+ I ) ¿ |

^ ^

Ra  (GA 5 7 (32 + 0.46S ¡3~ 0.356) ^ L l .

= 0-277 m 3/m 1-4-3

= ^

Re fuerzos en los marcos de los túneles

*.-(0.15 7 r 

.

Los marcos de un túnel sn rh n -= d - i n u i r el ta ma flo d e ê tzo sp ara Se muestran refuerzos tíoicos en la fiVurl PM ? % - Un cabezal con tales refuerzo- tr a h lí 1 ' P m m 409J' uniformemente repartida y con tres apoyos Si ssef supone s L T una condición C°n ^ v y s. oí

J W 2 5

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(I .63) 8

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( l f i 4)

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(, 65)

endonde

"¿ni -

_ en ton ela ^^ po T m Ío60 ^ P°Ste

l ° ^ im á del«b e a l, en metros

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gm a4 I2J .

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° CentraI*

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s

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^

ra CCmotíi'dad dei diseño [2, pá-

Como se muestra en la fícrura 1 n *1™« tra en jS= 0 .5 , ai centro del m i m n ■ *'m°menf0 mimino ^ enciien para el madero. Si se coloc an lo’ ,mimmj2aíldo ei tamaño necesario P uede hacer e l ca',culo “ m S 1 * « ’■» “ peimisibte <*« fte ^ n es de 110 1 ¡ 0 0 Ta T ' T ^ ¿ distancia entre los marcos del túnel e s 7 = L ¡? ~ l ^ h tune! es Lb - 3 m entonces; f qUe ei aflcho d^ M c ~ 0.039 aL% = 0.039 X 1 X (3) 3 = 1^053 ton/m '

El diámetro del cabezal db se determina como sfeue:

Fisura 1.32 R if u s o , M el maíco ds =„ MC;1ÍÚI] (2]

74 DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

75

Esta- medida es difícil de obtener y utilizarse en las minas. La necesi dad de refuerzos para los túneles con anchos mayores de 2 ni, se ex pli ca po r s í m ism a. El tamaño de los largueros inclinados (diagonales) que se necesita pa ra tra ba jar baj o co nd ici on es de co mp res ión y de ílambeo (o de pan deo), se puede calcular si se utilizan las reacciones de la ecuación (1 65) com o sigue: R e = 0.781 a L\  0. 78 1 X I X 32 = 7,029 ron Las reacciones inclinadas R ’ son: D/ _

R c 2 sen 45°

7.029 2 X 0.707 ~

Si se supone que eí diámetro es de 0.1 m, les esfuerzosdc com presión y de pandeo deberán ser de 85 kg/cm ^(S50 ton/m2). ; i p r n i w v a i r ' •

4.97 R 11 “ área ~ “ "57/85 rff =

“ "Z™3

La relación de esbeltez X se calcula como sigue: X - 4/ -

dc

41/3

2dc eos a.

4X 3

2 X 0.1 X 0.7 07 ~ 84-8 ~ 85

en donde l es la longitud del larguero inclinado. De la tabla 1.13, se tiene que co es 2.31 para X= 35 y 4 97 ° " 131 0.785 X ( 0 .l)2 = 1463 d» = Si no

el cual es mayor que el esfuerzo permisible de flambeo de 850 ton /m3 Por lo tanto, eí tamaño supuesto deí diámetro de O.lm es demasiado pe qu eñ o. Si e l la do de ¿ c = 0. 12 5 m 3X s 68. w = 1.8 3, se o bti en e:

1.053 V/3 0.098 X ll QOJ

 0 . 2 1 — 20 cm se utiliza ua poste central, la medida del madero deberá ser:*

-=

^ màx = (
*

0.098 ¿3

8 X 0.098 d 2

( 0 . 03 9 ) ^ a 0.34 m

• t, = a t , T . = 0.5 X 3 m x 2.5 ton/m3 =3.75 tc /n ,3.

1i 00 ton/m'

a = 1,83 0.785 ( a i 25 )T = 742 ton/m2 el cual es aceptable. La dimensión de ios postes laterales deberá ser la misma que la de los cabezales. 1.4.4

Diseño óptimo

Las dimensiones de los cabezales, postes y cuñas (o calces) se calculan como se inaicó en ¡as secciones precedentes. Para fa economía del

74 DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

75

Esta- medida es difícil de obtener y utilizarse en las minas. La necesi dad de refuerzos para los túneles con anchos mayores de 2 ni, se ex pli ca po r s í m ism a. El tamaño de los largueros inclinados (diagonales) que se necesita pa ra tra ba jar baj o co nd ici on es de co mp res ión y de ílambeo (o de pan deo), se puede calcular si se utilizan las reacciones de la ecuación (1 65) com o sigue: R e = 0.781 a L\  0. 78 1 X I X 32 = 7,029 ron Las reacciones inclinadas R ’ son: D/ _

R c 2 sen 45°

7.029 2 X 0.707 ~

Si se supone que eí diámetro es de 0.1 m, les esfuerzosdc com presión y de pandeo deberán ser de 85 kg/cm ^(S50 ton/m2). ; i p r n i w v a i r ' •

4.97 R 11 “ área ~ “ "57/85 rff =

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La relación de esbeltez X se calcula como sigue: X - 4/ -

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41/3

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4X 3

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en donde l es la longitud del larguero inclinado. De la tabla 1.13, se tiene que co es 2.31 para X= 35 y 4 97 ° " 131 0.785 X ( 0 .l)2 = 1463 d» = Si no

el cual es mayor que el esfuerzo permisible de flambeo de 850 ton /m3 Por lo tanto, eí tamaño supuesto deí diámetro de O.lm es demasiado pe qu eñ o. Si e l la do de ¿ c = 0. 12 5 m 3X s 68. w = 1.8 3, se o bti en e:

1.053 V/3 0.098 X ll QOJ

 0 . 2 1 — 20 cm se utiliza ua poste central, la medida del madero deberá ser:*

-=

a = 1,83 0.785 ( a i 25 )T = 742 ton/m2

^ màx = (
*

0.098 ¿3

el cual es aceptable. La dimensión de ios postes laterales deberá ser la misma que la de los cabezales.

1i 00 ton/m'

8 X 0.098 d 2

( 0 . 03 9 ) ^ a 0.34 m

1.4.4

• t, = a t , T . = 0.5 X 3 m x 2.5 ton/m3 =3.75 tc /n ,3.

Diseño óptimo

Las dimensiones de los cabezales, postes y cuñas (o calces) se calculan como se inaicó en ¡as secciones precedentes. Para fa economía del

76 AD EM ES DE ÍVIADER/k


d i s e ñ ó l e d e b e e s c o g e r el caminn v »1 reducir al mínimo e¡ consumo de í ' “ p a ci a m w nt 0 adecuados para

77

Los requisitos para los calces de sección rectanailar y co lo c ó lado d. lado, se puede calcular como sigue: ' ”

trar d ta mañ o (diám e tr o d e ^ b t  n “ T ” ’ “ Se deb e « “ *■ el minino volumen de madera El volu ' e^ ’l a a m iM t 0 5ue requiera distancia es: U volu™ n de ios cabezales en Im de

v¡,= ~d iLb ~

■

a

= L b h k 100 cm 3

■

hk  0.865 a ( ~ —

( 1. 66 )

'

= 1 .0 8 4 z J  ^ Í Z ) 1' 3 J ver ecuación (1.42) " [\
7/

(L 67 )

100 ir _ = ~ ^ ~ ( l - Q 84) 3Z i

F* = 07 .90

, —

°V

°sf

b

A

(1.6S)

100 TT

^

- 4 — X (1 .0 84 )3Z J S .

w ecuación (3.67)

' a 7 ¿ 6 \ asf )

5 s 6 7 .9 0 - ^

n ~ T

ver ecuación (1.61)

a= -— -1 (I.084)3¿J

a = -------- É - ?l _____
^

1/2 .3 ^ - ,j h

(1.71)

f o ty l

f e í ¿ V /a *„ / \\
(1-72)

en donde

O-v

lOGa-v . ----------- L T 4

^

¿á

(1.69)

«ndonde

77 : Densidad D e n Í Í L de' Tla roca ( 0-5 (0.0025 P “ COndÍd0“« k»/cm3) ” * » »* » ). = K

S K 2 ¿£¿: S S K « « . a =

bVicÓsmen de 13 " adera e" l0S Cates’ “ ^ « " « tr o s cú-

hk - Espesor de los calces en centímetros. “ _ .Espac,amiento de los marcos, en centímetros.

°Sf = fí oUS c i eTmÍSÍbie d" fleX¡Ó11 “ h madera (dc 2ac!ase). d i = Diámetro de los cabezales, en centímetros,

iongimci del cabezal, en centím etros. £»paciamicnto de los marcos (distancia e„ ^ , en centím etros ' ios raarcos).

a = 7 = 5 C „ S a ? d7 f (h° -5, p m “ n di™ n - t¡oim ale s). E° m a COmo °-0025 kWcm3} a s f ~ Esfueryn

“ ei teCh° ' “ “ « s ' e n t r e centím etros cua-

si jin a ta e n te , el consumo total de la madera se determina.como V = y b + V^ J L + B d l

a

d S ¿ o ° iUmen *

Cab=zafcs * * ™

ra gir.á 41S J

(i?3)

“'l términ° diSminuye el otr° « incrementa, de manel“ m ! n Í m ° COm° ¡ndiCa la fi8Ura 134 C . P¿-

76 AD EM ES DE ÍVIADER/k


d i s e ñ ó l e d e b e e s c o g e r el caminn v »1 reducir al mínimo e¡ consumo de í ' “ p a ci a m w nt 0 adecuados para

77

Los requisitos para los calces de sección rectanailar y co lo c ó lado d. lado, se puede calcular como sigue: ' ”

trar d ta mañ o (diám e tr o d e ^ b t  n “ T ” ’ “ Se deb e « “ *■ el minino volumen de madera El volu ' e^ ’l a a m iM t 0 5ue requiera distancia es: U volu™ n de ios cabezales en Im de

v¡,= ~d iLb ~

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= L b h k 100 cm 3

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a

hk  0.865 a ( ~ —

( 1. 66 )

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= 1 .0 8 4 z J  ^ Í Z ) 1' 3 J ver ecuación (1.42) " \[
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(L 67 )

100 ir _ = ~ ^ ~ ( l - Q 84) 3Z i

F* = 07 .90

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(1.6S)

100 TT

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- 4 — X (1 .0 84 )3Z J S .

w ecuación (3.67)

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5 s 6 7 .9 0 - ^

A

ver ecuación (1.61)

a= -— -1 (I.084)3¿J

a = -------- É - ?l _____
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1/2 .3 ^ - ,j h

(1.71)

f o ty l

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(1-72)

en donde

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hk - Espesor de los calces en centímetros. “ _ .Espac,amiento de los marcos, en centímetros.

(1.69)

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77 : Densidad D e n Í Í L de' Tla roca ( 0-5 (0.0025 P “ COndÍd0“« k»/cm3) ” * » »* » ). = K

S K 2 ¿£¿: S S K « « . a =

bVicÓsmen de 13 " adera e" l0S Cates’ “ ^ « " « tr o s cú-

“ ei teCh° ' “ “ « s ' e n t r e centím etros cua-

°Sf = fí oUS c i eTmÍSÍbie d" fleX¡Ó11 “ h madera (dc 2ac!ase). d i = Diámetro de los cabezales, en centímetros,

iongimci del cabezal, en centím etros. £»paciamicnto de los marcos (distancia e„ ^ , en centím etros ' ios raarcos).

a = 7 = 5 C „ S a ? d7 f (h° -5, p m “ n di™ n - t¡oim ale s). E° m a COmo °-0025 kWcm3} a s f ~ Esfueryn

si jin a ta e n te , el consumo total de la madera se determina.como V = y b + V^ J L + B d l

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“'l términ° diSminuye el otr° « incrementa, de mane-

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Cab=zafcs * * ™

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|

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El diám etro mí nim o d el cab<*rTl «>• ia ecuación (1,73) como sigue; ~ dV 3

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^

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^

^

^

encon trar derivando

>5\

(1-76)

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f

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¡ }

b

. J _ / l8 ¡ 8 I S i V /4 \ 3 x T n ) “ 1 7c m

c — ... ~»7)3 / 110 \ (1.084)3 X (20 0)3 \ Q J x Q m E ) ~ 42'4 cm

f I

A* = 0 .8 65 X 4 2 4 / ^ X i C O X O O O ^ y / * ^ * \ 110 / =2cm .

| i | |

De este modo., íos marcos de mad era se deberán componer de cabeza- \ -I les y de posees de 17cm de diám etro, espaciados a 43 cm, con calces ' .j formados po r maderos (tablones) de 2 cm. —L— - ------------------------------------------------------- ___ ^ ____

145

Diseño de los ademe s en las frentes largas

Los ademes que más frecue ntem ente se utilizan en las frentes lursas son cab ez ale s o tra ve sa ña s qu e se col oca n par ale lam en te a la fre nte con tres o cuatro postes que los-soportan, como se indica en las fkuras 1.35 y 1.36 [2, 421, 423], Se supone que los cabezales trabajan como vigas continuas con carga y que no existe hundimiento en ios apoyos. El diseno debe considerar los momentos máximos y evaluar la capacidad del diámetro del cabezal para tomar ios momentos de fle xión centro dei esfuerzo permisible para la madera. Después se verincan los esiuerzos cortantes y los esfuerzos en el piso (o suelo). a < f f í /= Q J 2 5

(

d * 5 l ' 08 4 ( ' ^ “ )

i

a

> ;

^ a ¡La r - 1.0o I —7

l

79

{ |

| j | ?

(1.75)


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f '

(1-74)

económicas pai Í lo/'ma rcoT de0’ d.e term ‘nense Ias dimensiones mis anchura en c o n d i S ^ T “ U” * « tien» 2 m ! l ~ ° ~ J ’ con permisible de fle xi ón de 110 k„/cn,2 ™ «fuerzo del techo es de 2.5 ton/m3 ^ donde, ia densidad de la roca Primero se deben 'encon ,os n l a r a A y B comQ s%u¡¡; /< as i 00 * 0-5 X 0.00?^

l“ m ! n Í m ° COm° ¡ndiCa la fi8Ura 134 C . P¿-

gir.á 41S J

a d e m e s

(i?3)

^ f a ra L 2 \ 1¡3 6 ~ { asf )

( tr e s po s te s ) ' ( tr es po ste s) ■ f-cua iro Postes) írres postes)

( i . 7 7) (1.78 ) (1.79) f i .80)

a d e m e s

os

madera

|


? ! r

F * » 1 -3 4 C on su m o d e a t í m „ ^

El diám etro mí nim o d el cab<*rTl «>• ia ecuación (1,73) como sigue; ~ dV 3

=

0

^

^

i

^

^

^

encon trar derivando

dh

 A d ~ 2 + 3Ed\ = 0

>5\

\3BJ

(1-76)

económicas pai Í lo/'ma rcoT de0’ d.e term ‘nense Ias dimensiones mis anchura en c o n d i S ^ T “ U” * « tien» 2 m ! l ~ ° ~ J ’ con permisible de fle xi ón de 110 k„/cn,2 ™ «fuerzo del techo es de 2.5 ton/m3 ^ donde, ia densidad de la roca Primero se deben 'encon ,os n l a r a A y B comQ s%u¡¡;

„ /O.S X Q.0025 X 200 y /2 \ rrr; )7,12

¡ }

b

f  oo r = i s i s i s i

—

. J _ / l8 ¡ 8 I S i V /4 \ 3 x T n ) “ 1 7c m

c — ... ~»7)3 / 110 \ (1.084)3 X (20 0)3 \ Q J x Q m E ) ~ 42'4 cm

f I

A* = 0 .8 65 X 4 2 4 / ^ X i C O X O O O ^ y / * ^ * \ 110 / =2cm .

| i | |

De este modo., íos marcos de mad era se deberán componer de cabeza- \ -I les y de posees de 17cm de diám etro, espaciados a 43 cm, con calces ' .j formados po r maderos (tablones) de 2 cm. —L— - ------------------------------------------------------- ___ ^ ____

145

Diseño de los ademe s en las frentes largas

Los ademes que más frecue ntem ente se utilizan en las frentes lursas son cab ez ale s o tra ve sa ña s qu e se col oca n par ale lam en te a la fre nte con tres o cuatro postes que los-soportan, como se indica en las fkuras 1.35 y 1.36 [2, 421, 423], Se supone que los cabezales trabajan como vigas continuas con carga y que no existe hundimiento en ios apoyos. El diseno debe considerar los momentos máximos y evaluar la capacidad del diámetro del cabezal para tomar ios momentos de fle xión centro dei esfuerzo permisible para la madera. Después se verincan los esiuerzos cortantes y los esfuerzos en el piso (o suelo). a < f f í /= Q J 2 5

f

( tr e s po s te s ) '

(

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i

a

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^ a ¡La r - 1.0o I —7

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T ío “

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{ |

| j | ?

(1.75)

= A . 3B

B = 67.SO---------------ü ü ________ _ 0.5 X 0.0025 X (2Q0)2

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(1-74)

79

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(1.78 )

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(1.79)

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f i .80)

JVJMUCHA DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

= 1.019

<

di

'^'Tsf

(cuatro postes)

(181)

La

0t. = o, ^252. = j ~

(despostes) a' = 1M u ~ d f < a « db \ -

I /

_

( t ab l a 1 .1 3 )

= L S 9 i r •

° / = 1 -4 0 ^

(

(h8 3)

as.1 n

A m ax

f ~

(cuatro postes)

^C J=/(^ 3

n

(l,g2)

r

( i . 84 )

A x,'s ~*N

( cu a t r o ^ o s t e s)

'

( ] S J)

en donde

V - Esfuerzo permisible’de flexión oara i- m,H , _ n ^ d a s entre metro cuadrado), ^ ( en [0 ~ ffw Esfuerzo permisible de flambeo en h _ iad as en tre m et ro cu ad ra do J en COíle'

f

P

&

S

S

S

"

*

^ A  Presión del techo en H? t ■ / la s e cu ac io ne s ¡. 2 3 , i J o ó 1 3 4 T** ’ “V * CalCUla con ior más. alto para tener im rtk P°ede t0mar e] va' « = Facto r de flambeo diseño mas seguro).

«. = Esfuerzo de co m p re sa paralelo a las fibras de los postes. cabeSlTn El espesor del manto es de 1 5 m v h Ü - l e , El esfuerzo Pe™isibIe de

el t a n ^ o d e u „ 3 mtervalos de 1-0 m.

—

JVJMUCHA DISEÑO DE LOS ADEMES DE MADERA

= 1.019

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(cuatro postes)

(181)

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(despostes) a' = 1M u ~ d f < a « db \ -

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( t ab l a 1 .1 3 )

= L S 9 i r •

° / = 1 -4 0 ^

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(h8 3)

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A m ax

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(cuatro postes)

^C J=/(^ 3

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A x,'s ~*N

( cu a t r o ^ o s t e s)

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( ] S J)

en donde

V - Esfuerzo permisible’de flexión oara i- m,H , _ n ^ d a s entre metro cuadrado), ^ ( en [0 ~ ffw Esfuerzo permisible de flambeo en h _ iad as en tre m et ro cu ad ra do J en COíle'

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^ A  Presión del techo en H? t ■ / la s e cu ac io ne s ¡. 2 3 , i J o ó 1 3 4 T** ’ “V * CalCUla con ior más. alto para tener im rtk P°ede t0mar e] va' « = Facto r de flambeo diseño mas seguro).

«. = Esfuerzo de co m p re sa paralelo a las fibras de los postes. cabeSlTn

el t a n ^ o d e u „

El espesor del manto es de 1 5 m v h Ü - l e , El esfuerzo Pe™isibIe de

3 mtervalos de 1-0 m.

.,82 ;&g.\

ADEMES DE MADERA


cortante es 300, el esfuerzo de compresión paralelo a las fiaras es de 850 ton/m 2 y la resistencia de ¡a roca es de W0 0 t on /n Í

-h-

dor d” 1l6PrÍ> tÍCa' d tam“ ° ^ l0S “ bezaIes y de lo^postes es alrede dor ae ib cm, menor que el tamaño calculado. Este tamaño opera

LS

H ^ T s X í ^ ~ 3 .86 m

pa ra to m ad e- a

at ~ hy = 9.64 ton/m2

= ( 9 6 4 x i-0 X 1.0 2 \V3 3100 ' / = 0-2095 ni ~ 2 1 cm r = 3 . 0 1 9- ^ £ = 1 n ¡ n 9 -6 4 X I X 1 ( 0 . 21)2 - 2 2 2. 7 < 3 0 0 t on / m 2 pDÍ a d ^ ' c o n a n “ 3" 0 "

b a j° h S C° nd iC Í° " “ ^

« d»

4 X 1.50

l ~ T 7  ~ T 2 T = 2S6 ^ = 1.24

(Table 1.13)

= 1.40 o; ~ ~ ~ 

¿l

= 1 .40 X 1 2 4 ^ Ü L L > L 1 ■

'

C 0 -2 U -

= 3 7 9 .4 8 < 8 5 0 r o n / n 3 io s cálculos confirman q ue losp ostes están seguros contra e! flambeo'.

í

af ~ 1 . 4 0 ^ S  di ■

j

- I 40 9'64 X 3-Q X LQ (0.21)2

¡

~ 3 06 < 1000 ton /m 2

j

El grado de penet ración dentr o de la roca del piso está también seguro.

f

.

83

** ^

^ se gu ri da d (d e 4 a 6 ) P m n it id o

.,82 ;&g.\

ADEMES DE MADERA


cortante es 300, el esfuerzo de compresión paralelo a las fiaras es de 850 ton/m 2 y la resistencia de ¡a roca es de W0 0 t on /n Í

-h-

83

dor d” 1l6PrÍ> tÍCa' d tam“ ° ^ l0S “ bezaIes y de lo^postes es alrede dor ae ib cm, menor que el tamaño calculado. Este tamaño opera

LS

H ^ T s X í ^ ~ 3 .86 m

pa ra to m ad e- a

** ^

^ se gu ri da d (d e 4 a 6 ) P m n it id o

at ~ hy = 9.64 ton/m2

= ( 9 6 4 x i-0 X 1.0 2 \V3 3100 ' / = 0-2095 ni ~ 2 1 cm r = 3 . 0 1 9- ^ £ = 1 n ¡ n 9 -6 4 X I X 1 ( 0 . 21)2 - 2 2 2. 7 < 3 0 0 t on / m 2 pDÍ a d ^ ' c o n a n “ 3" 0 "

b a j° h S C° nd iC Í° " “ ^

« d»

4 X 1.50

l ~ T 7  ~ T 2 T = 2S6 ^ = 1.24

(Table 1.13)

= 1.40 o; ~ ~ ~ 

¿l

= 1 .40 X 1 2 4 ^ Ü L L > L 1 ■

'

C 0 -2 U -

= 3 7 9 .4 8 < 8 5 0 r o n / n 3 io s cálculos confirman q ue losp ostes están seguros contra e! flambeo'.

í

af ~ 1 . 4 0 ^ S  di ■

j

- I 40 9'64 X 3-Q X LQ (0.21)2

¡

~ 3 06 < 1000 ton /m 2

j

El grado de penet ración dentr o de la roca del piso está también seguro.

f

.

|6

C A P Í T U L O

2.1

2

im po rtancia d e l ac ero

de ad™ c - ^ . * bo u en do nd e las gale rías se m án tie n ''s pe cia lín en ^ en las de cargaler ías de arra stre'y de reto rno de] ai*"" 3 haSta 10 3Í1°3 como terístie as « * » deI n^ ^

n « r en e, d i s e S c ^ c ^

^ 000 000

"  « T » o * “ 4. El aa-ro es el m a l n 5 . Como material, se puede » 1 , 4 1 ° r t < 3 V . W W V ¡ í ■ " ( «

™ “ .°V ron“ de * « ™ « « * * tie re
~

c'!as a ,i c M o ~

te '

«»es

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° S0Ca-

de

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us: $**

|6

C A P Í T U L O

2.1

2

im po rtancia d e l ac ero

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us: $**

•

2.2

A D EM ES

d e a c e r o

p a r a lo s túneles

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL ACERO 2.2,1

Estructu ra químic a

Quím icam ente, el acero es una aleación de hierro y de carbono Existen algunos materiales como el fósforo (0.01-0.03%) y el azufre (0 0J0.06%), presentan comoim purezas. Otros materiales, como man ganeso, silicio, níquel, cromo y molibdeno se incorporan en porcenta je s va na do s p ar a ro nn ar “a lea cio ne s esp ec ial es ” qu e re ún en diver sas pr op ied ad es . Pa ra los aj en ie s de ac er o en las mi na s, se us a un ace ro común de resistencia {3 1 ^ V y que satisface la m ayor ía de las especifi caciones estructurales. Las aleaciones se utilizan para satisfacer condi ciones especiales. 2.2.2

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. Re la ci ón es fu er za d ef or m ac ió n. U figura 2.1 [ 2, página 4331 muestr. una curva típica de esfuerzo-deformación. Esta es ia curva común n donde el modulo de elasticidad de Voung se toma como £ = 2.1 X

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL ACERO

87

10 kg/cr a . La pr o po rc ió n lin ea l c o n ti n ú a ha st a el p an to 0 o% de deformación. Despues de este punto, tiene lugar un espacio de “fluen cia con deformaciones constantes, y la falla sucede después de aue se han alcanza do estos límites. La resistencia a lg ruptura po r tensión del acero se proDorciona en ia íor mula empírica siguiente [23],:

a = 0.00077 [38000 + C(700 + 2.94 Mn) + 3Q Mr,

(2

Mn + 200 C48 + 2'35 c ) + P(1 000) + Si(340) en donde,

a C= M n= P = SÍ =

Esfuerzo de ruptura a ia tensión, sn kilogramos e J íe milímetro cuadrado. C arbono en 0.01%^ Manganeso, 0.01% L Fósforo, 0.01%. I Silicio, 0.01%. _J

B carbono es el factor más importante en la resistencia a la tensión dentro de los limites elásticos del acero y en la elongación en el punto de ruptura. Esi as propiedade s se mu estran en ia figura 2.2 [23 21 La resistencia mecánica de diversos aceros, de acuerdo con las es pe cif ica cio ne s DIN 21 54 4, se p re se nt a en la tab ia 2.1 [23 2] Las propiedades físicas dei hierro y del acero que se utilizan en el trabajo estructura], según las normas-de la Am eri ca n So ci etv fo r Tes ngMaterials (Sociedad N orteamericana para la Prueba de Materiales) se propo rcion an én la tabla 2.2 [24, 25 páginas 43-42J. Tipo de falla El acero se fractura tan to p or la tendencia a la ductili dad como a la fraginaaü. En ei caso de ia ductilidad, la deformación

C e f o r m a c i ón ( m m j *igura

2.1 curva

«fUerao-dcfonnación de! acero [2],

n5 ^ 100 2 200 VSCeS k de" flujo (pu nto d= fluencia). El material alcanza Sa deformación plástica. Por ¡o general esio sucede en aceros con bajo contenido de carbono y es una carac terística conveniente para el diseño.

, 13 f a ü a p o r í r a g ü i d a d 3 5 P r e s e tu a en aceros con alto contenido d caroono en donde ia deformación es bastante pequeña y ías soperfi

•

2.2

A D EM ES

d e a c e r o

p a r a lo s túneles

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL ACERO

CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL ACERO 2.2,1

10 kg/cr a . La pr o po rc ió n lin ea l c o n ti n ú a ha st a el p an to 0 o% de deformación. Despues de este punto, tiene lugar un espacio de “fluen cia con deformaciones constantes, y la falla sucede después de aue se han alcanza do estos límites.

Estructu ra químic a

Quím icam ente, el acero es una aleación de hierro y de carbono Existen algunos materiales como el fósforo (0.01-0.03%) y el azufre (0 0J0.06%), presentan comoim purezas. Otros materiales, como man ganeso, silicio, níquel, cromo y molibdeno se incorporan en porcenta je s va na do s p ar a ro nn ar “a lea cio ne s esp ec ial es ” qu e re ún en diver sas pr op ied ad es . Pa ra los aj en ie s de ac er o en las mi na s, se us a un ace ro común de resistencia {3 1 ^ V y que satisface la m ayor ía de las especifi caciones estructurales. Las aleaciones se utilizan para satisfacer condi ciones especiales. 2.2.2

87

La resistencia a lg ruptura po r tensión del acero se proDorciona en ia íor mula empírica siguiente [23],:

a = 0.00077 [38000 + C(700 + 2.94 Mn) + 3Q Mr,

(2

Mn + 200 C48 + 2'35 c ) + P(1 000) + Si(340)

Características mecánicas

en donde,

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.

a C= M n= P = SÍ =

Re la ci ón es fu er za d ef or m ac ió n. U figura 2.1 [ 2, página 4331 muestr. una curva típica de esfuerzo-deformación. Esta es ia curva común n donde el modulo de elasticidad de Voung se toma como £ = 2.1 X

Esfuerzo de ruptura a ia tensión, sn kilogramos e J íe milímetro cuadrado. C arbono en 0.01%^ Manganeso, 0.01% L Fósforo, 0.01%. I Silicio, 0.01%. _J

B carbono es el factor más importante en la resistencia a la tensión dentro de los limites elásticos del acero y en la elongación en el punto de ruptura. Esi as propiedade s se mu estran en ia figura 2.2 [23 21 La resistencia mecánica de diversos aceros, de acuerdo con las es pe cif ica cio ne s DIN 21 54 4, se p re se nt a en la tab ia 2.1 [23 2] Las propiedades físicas dei hierro y del acero que se utilizan en el trabajo estructura], según las normas-de la Am eri ca n So ci etv fo r Tes ngMaterials (Sociedad N orteamericana para la Prueba de Materiales) se propo rcion an én la tabla 2.2 [24, 25 páginas 43-42J. Tipo de falla El acero se fractura tan to p or la tendencia a la ductili dad como a la fraginaaü. En ei caso de ia ductilidad, la deformación n5 ^ 100 2 200 VSCeS k de" flujo (pu nto d= fluencia). El material alcanza Sa deformación plástica. Por ¡o general esio sucede en aceros con bajo contenido de carbono y es una carac terística conveniente para el diseño.

C e f o r m a c i ón ( m m j *igura

2.1 curva

, 13 f a ü a p o r í r a g ü i d a d 3 5 P r e s e tu a en aceros con alto contenido d caroono en donde ia deformación es bastante pequeña y ías soperfi

«fUerao-dcfonnación de! acero [2],

88 a d e m e s

o e

a c e r o

p a r a

io

s

t ú n e l e s

CARACTERÍSTICAS

i n g e n i e r íl e s

d e l

a c e r o

89

Tabla 2.2 Propiedades físicas dei hierro y de! acero“

Mater ial

Mó du los d e P uh co e l a s t i c i d a d c e d e n te Pes o. ¡Ib/pie2) T y C S (t j T y C S ( t ¡

Fatiga de ntptura T

C

Esfu erzo d? trabajo S

T

Hierro: Fundición gris

Fundición

maleable

Forjado Acero: 0.1-0.2% do carbono 0.3-O.4% de carbono 0.7-0.8% de carbono Níque l, HT Latón. laminado Bronce, laminado Aluminio, aleación estructura!

450

15

6

475 430

22 37

8.8n

490 490

30 30

-

-

25

i 00 25

25

25

45 110 45 50 ‘ 70 40

12 12

35 40

20 24

60 80

.

90 48 45 64

C

4

16

4

8 ¡2

20 1-7

8 10

38 20

18 20

12 16

490

30

12

60

36

1 2 5 - 70

85

30

30

21

490 520 535

30 15.5 15

12 6.2 5.6

85 25 35

55 17 30

112- 95 73 30 65 '25

80 47 43

25 18 ¡á

25 15 12

20 11 10

i 73

¡0

3.7

35

35

58

15

58

14 5 14 5 , excepto

M i l l o n e s d u l i b r a s p o r p u l g a d a c u a d r a d a .-

Fisura 2.2 E fecto dei carbono en te propiedade s mecánicas del acero [2, 23],

Tabla 2.1 Especificaciones dei acero según la DIN 2!

El em en to s

(%) De no mi na ció n >St, 37 St. 42 StSO •
d .. y

C

0.12 0.12 0.30 0.1S 0.35 0.40 0.40

sr referencias 2 y

23.

M n

0.30 0.40 0.50 1.10 0.55 0.50 0.75

544"

'

Re sis ten ci a a la deforma Resistencia ciún pids promedio a Elongación tica ¡a tensión prom edio Du re za (k g jm m ~ j (kgjmm 2 / • (% ) (k í/cm'} 27 29 33 Ü33 V5S 34 35 45

40 • 55 55 70 60

32 30 27 25 25 . 15

1.3 1.0

0.9.

-

cuando

'

( iíe ndoJ) !ptura son msos:is: N a EXistB punt0 deflnido d! cede"“ Du rez a. la dureza es una pro piedad relativa, se mide según la resis tencia a la penetración . De ac ue rda con la ciencia de los materiale s la dureza ‘-Enndl" se define como el área de penetración fmU/metms cuadrados) de una bola esférica sometida a una fuerza o presión conocida. Según k ¿ormula empírica [23]: ff*

en donde :

= CL 34 Ï Ï ^ z~o u,

** =

( 2 . 2 )

!

HB = Núm ero fîrinell.

1.0 6 .0

10.0

22 75

ID 1.0

S

\

N

tMSÍÓn- ? « N — P or « * ) Características de los elementos estructurales de] ademe /

2-2.3

ral's'd e ? n fíStÍCaS qU! f deb? considerar ios elementos estructu ™ raía de 1 1 ^ i0rtifíeación * » : * Perfil d,i material , n sección transversal), ios mo me ntos de jas fuerzas Ja rela / j a ue Rankm y io s esf uer zos perm isible s. ' ' '*•6.* “s Z 'i , 0 . 3»^.,

■ ~ “r ¡

88 a d e m e s

o e

a c e r o

p a r a

io

s

t ú n e l e s

CARACTERÍSTICAS

i n g e n i e r íl e s

d e l

a c e r o

89

Tabla 2.2 Propiedades físicas dei hierro y de! acero“

Mater ial

Mó du los d e P uh co e l a s t i c i d a d c e d e n te Pes o. ¡Ib/pie2) T y C S (t j T y C S ( t ¡

Fatiga de ntptura T

C

Esfu erzo d? trabajo S

T

Hierro: Fundición gris

Fundición

maleable

Forjado Acero: 0.1-0.2% do carbono 0.3-O.4% de carbono 0.7-0.8% de carbono Níque l, HT Latón. laminado Bronce, laminado Aluminio, aleación estructura!

450

15

6

475 430

22 37

8.8n

490 490

30 30

-

-

25

i 00 25

25

25

45 110 45 50 ‘ 70 40

12 12

35 40

20 24

60 80

.

90 48 45 64

C

4

16

4

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20 1-7

8 10

38 20

18 20

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30

12

60

36

1 2 5 - 70

85

30

30

21

490 520 535

30 15.5 15

12 6.2 5.6

85 25 35

55 17 30

112- 95 73 30 65 '25

80 47 43

25 18 ¡á

25 15 12

20 11 10

i 73

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3.7

35

35

58

15

58

14 5 14 5 , excepto

M i l l o n e s d u l i b r a s p o r p u l g a d a c u a d r a d a .-

Fisura 2.2 E fecto dei carbono en te propiedade s mecánicas del acero [2, 23],

Tabla 2.1 Especificaciones dei acero según la DIN 2!

El em en to s

(%) De no mi na ció n >St, 37 St. 42 StSO •
C

0.12 0.12 0.30 0.1S 0.35 0.40 0.40

d .. y

sr referencias 2 y

M n

0.30 0.40 0.50 1.10 0.55 0.50 0.75

544"

40

Du rez a. la dureza es una pro piedad relativa, se mide según la resis tencia a la penetración . De ac ue rda con la ciencia de los materiale s la dureza ‘-Enndl" se define como el área de penetración fmU/metms cuadrados) de una bola esférica sometida a una fuerza o presión conocida. Según k ¿ormula empírica [23]:

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32 30 27 25

• 55 55 70 60

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tMSÍÓn- ? « N — P or « * ) Características de los elementos estructurales de] ademe

ral's'd e ? n fíStÍCaS qU! f deb? considerar ios elementos estructu ™ raía de 1 1 ^ i0rtifíeación * » : * Perfil d,i material , n sección transversal), ios mo me ntos de jas fuerzas Ja rela / j a ue Rankm y io s esf uer zos perm isible s. ' '

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DISEÑG D£ ARCOS RÍGIDOS

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SI

^ f íi e lm a t e r u ü . U r a n c i a en una viga es proporcional a su perm (area de su sección transversal). El peso y el valor (costo) de la viga son también proporcionales al área de la sección. El uso de perfiles P sados tiene certas limitaciones en las minas que necesitan de matenales ligeros a me dianam ente pesados. El área de la sección y el peso de las «gas I de DIN 215 41 se dan en la tabla 2.3 [ 23, 2, páe na 438 ], y los de las vigas I Americ an” se propo rcionan en la tabla 2 4 [24 laJe „ r CC,T , S trans¥míiles Toussaint-Heinzmann (T-H) se tabu^ ¡an en ia figura 2.3 y en la tabla 2.5, [26, 2, página 449], Í S T T " í blercia y mddUl0S ie Sección■^ 2 .4 y 2 5 ta m bié n dan va lor es par a el m om en to de ine rc ia / (en c e n tí rn e L s e f e dos a la cuarta potenc ia) y para los mó dulos de sección (en centímetros cúbicos). Estos valores varían según ios eiesx -* v v cen‘™ etros en la figura 2.3, y se usan en el disefio y Íesfue rao^ de fl rdaC¡Ón entre el «fuer zo de compresión r „i“ ■ f ia mb eo (p an de o) e n u na viga de 2 m de lo ng itu d. La

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0a “e ^ T o “

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eesÍ dd . ™ 6 » r ° i, d.5 5 CalMad SUPeri° r el dei acero5 de 2 > ¿resistencia ' ^ é l f f i37 u
1.5 X 1400 = 2100 kg/cm2 el cual puede resultar más económico para.muchos ademes. y —, 2 3

DISEÑO DE ARCOS RÍGIDOS

2 .3,1

Descripción de ios arcos rígidos

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UPÍC0S d= aCer° íreas de ■ U )a aUS d m if ns io ne s re spe ctivas

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DISEÑG D£ ARCOS RÍGIDOS

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^ f íi e lm a t e r u ü . U r a n c i a en una viga es proporcional a su perm (area de su sección transversal). El peso y el valor (costo) de la viga son también proporcionales al área de la sección. El uso de perfiles P sados tiene certas limitaciones en las minas que necesitan de matenales ligeros a me dianam ente pesados. El área de la sección y el peso de las «gas I de DIN 215 41 se dan en la tabla 2.3 [ 23, 2, páe na 438 ], y los de las vigas I Americ an” se propo rcionan en la tabla 2 4 [24 laJe „ r CC,T , S trans¥míiles Toussaint-Heinzmann (T-H) se tabu^ ¡an en ia figura 2.3 y en la tabla 2.5, [26, 2, página 449], Í S T T " í blercia y mddUl0S ie Sección■^ 2 .4 y 2 5 ta m bié n dan va lor es par a el m om en to de ine rc ia / (en c e n tí rn e L s e f e dos a la cuarta potenc ia) y para los mó dulos de sección (en centímetros cúbicos). Estos valores varían según ios eiesx -* v v cen‘™ etros en la figura 2.3, y se usan en el disefio y Íesfue rao^ de fl rdaC¡Ón entre el «fuer zo de compresión r „i“ ■ f ia mb eo (p an de o) e n u na viga de 2 m de lo ng itu d. La

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1.5 X 1400 = 2100 kg/cm2 el cual puede resultar más económico para.muchos ademes. y —, 2 3


2 .3,1

Descripción de ios arcos rígidos

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PARA LOS TÚNELES DISEÑO DE ARCOS RIGIOOS

93

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PARA LOS TÚNELES DISEÑO DE ARCOS RIGIOOS

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T a b l a 2 . 5 C a r a c t e r í s t i c a s d e lo s p e r f i le s T o u s s a i n í - H e i n z m a i m Peso (kg/m) Tipo (tip) A l t a ra # (m m )

B ( m m ) Á r e a F ( c m 2 ) P e s o G ( k g / m ) Ancho

13

16

-4 8

48

85

89

98

98

16

20

13

16

M o m e n t o de I n e r c ia / ^ ( c m 4 )

137

•176

Wx ( c m 3 )

32

•40

M ódu lo de sección f l Y s r re f e r e n c i a s

21

25

29

36

44

58

58

58

58

118

124

138

148

124

135

15 1

17 1

172

27

32

37

46

56

25

129

36

44

341

484

616

972

1265

61

80

94

137

1 71

21 •

3

58 o c o

2 y 2 S. H H

H-57^

[«s-------I O S —

Figura 2.4 D imensiones de algunos perfiles de vigas [2], Tabla 2.6 Características de algunos perfiles3 Características

R ie l

P e s o u n i t a r io ( k g / m )

33.5

Wx ( c m 3 ) Wy ( c m 3 ) Relación

R a n . k in

Ciernen t

To ussain tH einzmann

14

21

155

7

58

50

14

63

1 .5

5 .3

1 .3 .

- .

_

“ V s r r e f e r en c i a 2 .

y con detalles de con exión [2, páginas 445 -44 7], Estos arcos son seT 7 - dlm' nSIOn mayo r es S0Í5re el P^ o. Existe un espacio dc 73 cm entre Ia Pa-r ed (ta bla) latera l del cañón y la parte ' !i í “1”"0 m“ er0 que pm nit,: >3ue un hom bre esté de pie con se gunda d duran te el paso de los cairos. mínim

2 .3.2

Evaiua dón del esfuerzo-

“ UCa ^ br d ° 5(-rígÍd° r PUCdtl Sirapüflcar5e forma semicircua rn b j“ CKrta * stanc.i0 vertical. Se supone que las partes de co-

25.0 2J.8 21.8 i 5.0 ¡3.5 ¡2.! 7.1 6.7 63 6.0 2.9 2.1 2.5

í inJ

Eje 2.2 r in

S.7 2.28 7.9 236 73 2.46 á.O 1.87 5.4 1.95 4.8 2.05 3.5 1.52 33 1.56 3,2 1.60 3.0 1.64 1.9 1.15 1.3 1. 19 1.7 1.23

in1 2.3 ¡.S

1.2 1.0 0.91 0.83 0.77 0.59 0.51 0.46

S m 1.3 0.6S 1.2 0.69 ¡.1 0.72 1.0 0,63 0.91 0.63 0.82 0.65 0.70 O.57 ' 0.65 0.JS 0.61 0.5S 0.5S 0.59 0.47 0.52 0.43 0.5 ; 0.40 0.53

a V e r r e f e r e n c ia s 2 4 y 2 5 .

2 3 V iS ía *

9.4

Ej e 1.1 / in*

* 103 1 * 0 « T o u ss a ij it -H e in z ni an n [ 2. M).

.DISEÑO DE ARCOS RÍGiDOS

9.4


T a b l a 2 . 5 C a r a c t e r í s t i c a s d e lo s p e r f i le s T o u s s a i n í - H e i n z m a i m Peso (kg/m) Tipo (tip) A l t a ra # (m m )

B ( m m ) Á r e a F ( c m 2 ) P e s o G ( k g / m ) Ancho

13

16

-4 8

48

85

89

98

98

16

20

13

16

M o m e n t o de I n e r c ia / ^ ( c m 4 )

137

•176

Wx ( c m 3 )

32

•40

M ódu lo de sección f l Y s r re f e r e n c i a s

21

25

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36

44

58

58

58

58

118

124

138

148

124

135

15 1

17 1

172

27

32

37

46

56

25

129

36

44

341

484

616

972

1265

61

80

94

137

1 71

21 •

3

58 o c o

.DISEÑO DE ARCOS RÍGiDOS

2 y 2 S. H H

H-57^

[«s-------I O S —

Figura 2.4 D imensiones de algunos perfiles de vigas [2], Tabla 2.6 Características de algunos perfiles3 Características

R ie l

P e s o u n i t a r io ( k g / m )

33.5

Wx ( c m 3 ) Wy ( c m 3 ) Relación

R a n . k in

Ciernen t

To ussain tH einzmann

14

21

155

7

58

50

14

63

1 .5

5 .3

1 .3 .

- .

_

“ V s r r e f e r en c i a 2 .

y con detalles de con exión [2, páginas 445 -44 7], Estos arcos son seT 7 - dlm' nSIOn mayo r es S0Í5re el P^ o. Existe un espacio dc 73 cm entre Ia Pa-r ed (ta bla) latera l del cañón y la parte ' !i í “1”"0 m“ er0 que pm nit,: >3ue un hom bre esté de pie con se gunda d duran te el paso de los cairos. mínim

2 .3.2

Evaiua dón del esfuerzo-

“ UCa ^ br d ° 5(-rígÍd° r PUCdtl Sirapüflcar5e forma semicircua rn b j“ CKrta * stanc.i0 vertical. Se supone que las partes de co-

96 AD&MES OE ACERO PARA LOS TÚNELES

QiSSÑO DE ARCOS HfGIOOS ,-v

nex ion son muy “riîd as” 1/ <. 2 , I , a ná li si s e s tá ti c' o ê d a T l a f“ “ " 6° ° UaS” ; n l a d figura 2.6 [27, 2pagina470]:

_

(2.3) M * 0 . 5 q tr* se n2 a - ^ ( V +J. senftJ U =~Ayx

f o rO < ^ < ^ '

97

m o . Si s e o bt ie n e f e d er iv ad a d e l a e c u a c i ó n T ^ T c o n ^ S o ^ se iguala a cero, se tiene que: respec to a a, y

j 0 . 7 85 h ' + 0,666 ri qt ^

A .

'

Para diseñ ar ios ar cos rí©í¡?nc c¿» / 0i,a „

3 a: “' c o s « C ^ r 2 s e n c ¡- ^ jf r} = 0

^

f o r O < o r < 3r ( 2 .4 ) e os a = 0,

(2.5)

M  ~q tr co ¿ * ~ A y s e n «

(2 .6 )

en donde

a = — ■2

\

K '

}

—

(2.8)

qrr2 sena _ A y r = 0

(Z9) aiQ)

V - & r aCCi0neS de 105 ¡ados- en toneladas ■r : Radio del r , varco, er tic al ei « ■ »« « *. endmetros

Fuerz a normal al perfil, en toneladas.

ciones ( 2 .8 ) l% d¡ ^ o m o Í ^ ° R

'

^ VÚ0TtS dS “ de las ecua~

^m ax. ~~ 0-5 q tr~  Áy(h ' -f- r)?' '&■>; «

(2 1!)

^ m a x ~ " A y ^ '- f - 0 . 5 —

(-5 1-p)

N = - A

(2J3) p ¡4j _

o

x

i x

t i x

Los Vdores de las ecuaciones ( 2 1 i ) y f ? n ) w , ños q ue los valores de las ecuaciones ' n ¿ U n , 4 f ° ffl“ p eq u e~ ^ ^  u ) y (2 .1 4) ,respectivamente.

r o

2.3.3

Diseño deí perfil del arco

Se deben utilizar los valores de las ecuaciones ? i 9 v 9 1o. ™ lar la sección transversal del arm p i #■ "" ~  calcu c o m o s ig ue : * “ * B e s m e i z o 3e d e b e^ d e te n ni n ar

jaj - H í i a . m om en to má xim o a re a de í| «- fí ¡ m ó du lo d e se cc ió n i ff| = — + F

W T

^
(2.15)

donde ¡gura

2.6 M

o d c i o e s t á ti c o d e u n a r c o r í g id o i d e a l i z a d o d e a c e r o [

2 ].

M

Volox absoluto del esfuerzo, en toneladas por metro coa-

96 AD&MES OE ACERO PARA LOS TÚNELES

QiSSÑO DE ARCOS HfGIOOS ,-v

nex ion son muy “riîd as” 1/ <. 2 , I , a ná li si s e s tá ti c' o ê d a T l a f“ “ " 6° ° UaS” ; n l a d figura 2.6 [27, 2pagina470]:

_

(2.3) M * 0 . 5 q tr* se n2 a - ^ ( V +J. senftJ U =~Ayx

f o rO < ^ < ^ '

97

m o . Si s e o bt ie n e f e d er iv ad a d e l a e c u a c i ó n T ^ T c o n ^ S o ^ se iguala a cero, se tiene que: respec to a a, y

j 0 . 7 85 h ' + 0,666 ri qt ^

A .

'

Para diseñ ar ios ar cos rí©í¡?nc c¿» / 0i,a „

3 a: “' c o s « C ^ r 2 s e n c ¡- ^ jf r} = 0

^

f o r O < o r < 3r ( 2 .4 ) e os a = 0,

(2.5)

M  ~q tr co ¿ * ~ A y s e n «

(2 .6 )

en donde

a = — ■2

\

K '

}

—

(2.8)

qrr2 sena _ A y r = 0

(Z9) aiQ)

V - & r aCCi0neS de 105 ¡ados- en toneladas ■r : Radio del r , varco, er tic al ei « ■ »« « *. endmetros

Fuerz a normal al perfil, en toneladas.

ciones ( 2 .8 ) l% d¡ ^ o m o Í ^ ° R

'

^ VÚ0TtS dS “ de las ecua~

^m ax. ~~ 0-5 q tr~  Áy(h ' -f- r)?' '&■>; «

(2 1!)

^ m a x ~ " A y ^ '- f - 0 . 5 —

(-5 1-p)

N = - A

(2J3) p ¡4j _

o

x

i x

t i x

Los Vdores de las ecuaciones ( 2 1 i ) y f ? n ) w , ños q ue los valores de las ecuaciones ' n ¿ U n , 4 f ° ffl“ p eq u e~ ^ ^  u ) y (2 .1 4) ,respectivamente.

r o

2.3.3

Diseño deí perfil del arco

Se deben utilizar los valores de las ecuaciones ? i 9 v 9 1o. ™ lar la sección transversal del arm p i #■ "" ~  calcu c o m o s ig ue : * “ * B e s m e i z o 3e d e b e^ d e te n ni n ar

jaj - H í i a . m om en to má xim o a re a de í| «- fí ¡ m ó du lo d e se cc ió n i ff| = — + F

^
W T

(2.15)

donde ¡gura

2.6 M

o d c i o e s t á ti c o d e u n a r c o r í g id o i d e a l i z a d o d e a c e r o [

98

M

2 ].

ADEMES DE ACERO PARA LOS TUNELES


■ÍQ-7S5 x 3-2 -r 0.666 X 1.675) X 4.562(1.675):

y

En la ecuación (2.15), la sección transversal y el módulo de sec ción aparecen como dos incógnitas; entonces, para un diseño conve niente, se deberá aplicar el método de tanteos. Sin embargo, en las especificaciones DIN:

la! =

Qtr 0.149 W + 9.780

0.6óó(1.20)3 +7r(1.675)(1.2)2+ 4 X 1.2(1.675)2+ 1.57(LÓ75)3 Q y _ = 1.491 t on *

M = 0.5 X 4.562(i,6 75)2 sen2 a - 1.491 (1.2 + 1.675 sena) ^/ = -4.5 62 X-1.675 eos2 a - 1.491 sen c: Para indicar los valores máximos, se grafican los valores de M y de JV en coorden adas polares del ángulo a y se muestran'en la tabla 2 7 [2, página 472],

(2.16)

A y (h ' + 0.5 A y ¡q :) w ••

Tabla 2.7 M om entos y carga normal en un arco rígido de acero

Án gu lo en g rad as

La ecuación (2.17) es de segundo grado con respecto a W, y se deberá tomar la raíz positiva de ia ecuación. Después de que F^se ha determinado, ei perfil más próximo se obtiene de la tabla 2.3. Un procedimiento más elaborado y preciso para evaluar tanto los esfuerzos como e¡ diseño de una viga adecuada, que Proctor y Wftite [28], introdujeron, no se ha incluido aquí, pues es muy complicado y7generalmente, se aplica a los ademes de los grandes túneles, Peng pr op or ci on a un ejem plo nu mé ric o so br e es to [29 , pág ina 40 9] . ' 2.3.4

Aplicación numérica

Obténgase el perfil DIN apropiado para un arco rígido de un túnel cuya área de sección es de 8 m 2, espaciado a~intervalos de 1 m, bajo condiciones normales de esfuerzo, (a = 0.5, 7 = 2 .5'ton/m 3). Los da ros se pueden resumir como sigue (figura 2.6): — Claro del túnel = 3.65 m. r = 1.675 m. h r = 1.20 m. ' a = 1.0 m (espaciamiento de los arcos). a ~ 0.5 (condición normal del esfuerzo). = c t L j a como se da en la ecuación (1.17).

S3

0.5 X 3.6 5 m X 2.5 ton /m 3 X 1.0 m 4.562 ton/m

F = Area de la sección del perfil, en metros cuadrados. W — Módulo de sección deí perfil, en metros cúbicos. üs/ ~ Esfuerzo permisible del acero para los ademe s de las minas, 1,400 kg/crn2 ó 14,000 ton/m 2.

F = 0.149 W + 9.780

Volox absoluto del esfuerzo, en toneladas por metro coa-

0

15°

30a

45°

60°

17 75a

M o m e n to (t o n • m ) ;- 1 . 7 9

-

2 .0

-1.44

-0.36

0.38

1.77

C a rg a n o r m a l (t o n )

-7.52

-6.48

-4.87

3.20

-1.95

7.64'

90° V

2.ll

-Í.49

Ver referencia 2.

Los valores máximos son los siguientes: f

a = sen“1 -d > ^ seri~i

lA9J -----4.562 X 1.675

sen * 0.1951

. a  11. 25° Mmax “ ~Ay ( ¡ 1 + 0 . 5 ^ 1.491 1.2 + 0.5 1-49H 4.562/ = -2. 03 ton • m = q rr  -4.562 X 1.675

Estos valores se graílcan en coordenadas polares en la figura 2. 7 Í2, pag ina 4 /3 J.

98

ADEMES DE ACERO PARA LOS TUNELES


0.5 X 3.6 5 m X 2.5 ton /m 3 X 1.0 m 4.562 ton/m

F = Area de la sección del perfil, en metros cuadrados. W — Módulo de sección deí perfil, en metros cúbicos. üs/ ~ Esfuerzo permisible del acero para los ademe s de las minas, 1,400 kg/crn2 ó 14,000 ton/m 2.

■ÍQ-7S5 x 3-2 -r 0.666 X 1.675) X 4.562(1.675):

y

En la ecuación (2.15), la sección transversal y el módulo de sec ción aparecen como dos incógnitas; entonces, para un diseño conve niente, se deberá aplicar el método de tanteos. Sin embargo, en las especificaciones DIN: F = 0.149 W + 9.780

la! =

Qtr 0.149 W + 9.780

0.6óó(1.20)3 +7r(1.675)(1.2)2+ 4 X 1.2(1.675)2+ 1.57(LÓ75)3 Q y _ = 1.491 t on *

M = 0.5 X 4.562(i,6 75)2 sen2 a - 1.491 (1.2 + 1.675 sena) ^/ = -4.5 62 X-1.675 eos2 a - 1.491 sen c: Para indicar los valores máximos, se grafican los valores de M y de JV en coorden adas polares del ángulo a y se muestran'en la tabla 2 7 [2, página 472],

(2.16)

A y (h ' + 0.5 A y ¡q :) w ••

Tabla 2.7 M om entos y carga normal en un arco rígido de acero

0

Án gu lo en g rad as

La ecuación (2.17) es de segundo grado con respecto a W, y se deberá tomar la raíz positiva de ia ecuación. Después de que F^se ha determinado, ei perfil más próximo se obtiene de la tabla 2.3. Un procedimiento más elaborado y preciso para evaluar tanto los esfuerzos como e¡ diseño de una viga adecuada, que Proctor y Wftite [28], introdujeron, no se ha incluido aquí, pues es muy complicado y7generalmente, se aplica a los ademes de los grandes túneles, Peng pr op or ci on a un ejem plo nu mé ric o so br e es to [29 , pág ina 40 9] . ' 2.3.4

15°

30a

45°

60°

17 75a

M o m e n to (t o n • m ) ;- 1 . 7 9

-

2 .0

-1.44

-0.36

0.38

1.77

C a rg a n o r m a l (t o n )

-7.52

-6.48

-4.87

3.20

-1.95

7.64'

f

Aplicación numérica

a = sen“1 -d > ^ seri~i

lA9J -----4.562 X 1.675

. a  11. 25° Mmax “ ~Ay ( ¡ 1 + 0 . 5 ^ 1.491 1.2 + 0.5 1-49H 4.562/ = -2. 03 ton • m = q rr  -4.562 X 1.675

Estos valores se graílcan en coordenadas polares en la figura 2. 7 Í2, pag ina 4 /3 J.


S S L 2a L “ X

t p í cargas ' lonnales “ “ arco rigido de

101

» * “ •“ «

La viga I apropiada según b ecuación (2.17 ) se calcula como sigue: i í í i i l M Z i ^ 1.491 [1.2 + 0.5(1.491/4. « t i i Ü149 W + 9 .78 + --------------------- ¿ = í40 0 0 Ralleno da roca

7.6414 W + 2.0329(0.149 W + 9 . 78) = 14000 JV(0.149 jr+ 9 78)'

Cavidad abierta

2086 W + 136912.3257 » /- 19.8818 = 0 “ JVj =0.00014521 m3 = 145.21 cm3 t o r r a d ; 35 tÍ en e q “ d PerG1 G ¡ 13 ° « 61

P ™ el siste -

Figura

DISEÑO DE ARCOS (MO LI) ARTICULADOS

j

A . 1

I

2

Descnpción de los arcos articulados

2.S

F o i r a a s d e a r c o s a r t ic u l a d o s [

2 ],

El mas popu iar de los arcos articu lados , el “ arco molí” <=P ^ S

s

r . ¿

x

;

Mnei con ese tipo de arcos se L e st ra en la f í j “a‘ 2 S " v T

£ S ;

M o lí [2 , P ¿ n a T s n

 r lados que se

2.ll

-Í.49

sen * 0.1951

DISEÑO DE ARCOS (MOLI) ARTiCULAOOS

2.4

V

Los valores máximos son los siguientes:

— Claro del túnel = 3.65 m. r = 1.675 m. h r = 1.20 m. ' a = 1.0 m (espaciamiento de los arcos). a ~ 0.5 (condición normal del esfuerzo). = c t L j a como se da en la ecuación (1.17).

-

90°

Ver referencia 2.

Obténgase el perfil DIN apropiado para un arco rígido de un túnel cuya área de sección es de 8 m 2, espaciado a~intervalos de 1 m, bajo condiciones normales de esfuerzo, (a = 0.5, 7 = 2 .5'ton/m 3). Los da ros se pueden resumir como sigue (figura 2.6):

10 0

S3



articulación de los arcos

1

j

=

10 0

ADEMES DE ACERO PARA LOS TÚNELES DISEÑO DE ARCOS (MOLI) ARTiCULAOOS

S S L 2a L “ X

t p í cargas ' lonnales “ “ arco rigido de

101

» * “ •“ «

La viga I apropiada según b ecuación (2.17 ) se calcula como sigue: i í í i i l M Z i ^ 1.491 [1.2 + 0.5(1.491/4. « t i i Ü149 W + 9 .78 + --------------------- ¿ = í40 0 0 Ralleno da roca

7.6414 W + 2.0329(0.149 W + 9 . 78) = 14000 JV(0.149 jr+ 9 78)'

Cavidad abierta

2086 W + 136912.3257 » /- 19.8818 = 0 “ JVj =0.00014521 m3 = 145.21 cm3 -

t o r r a d ; 35 tÍ en e q “ d PerG1 G ¡ 13 ° « 61

2.4

P ™ el siste -

Figura

DISEÑO DE ARCOS (MO LI) ARTICULADOS

j

A . 1

I

2

Descnpción de los arcos articulados

2.S

F o i r a a s d e a r c o s a r t ic u l a d o s [

2 ],

El mas popu iar de los arcos articu lados , el “ arco molí” <=P ^ S

s

r . ¿

x

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=

Mnei con ese tipo de arcos se L e st ra en la f í j “a‘ 2 S " v T

£ S ;

M o lí [2 , P ¿ n a T s n

£102

 r lados que se



articulación de los arcos

1

j


t

DISEÑO OE ARCOS {ÍV10LL) ARTICULADOS

Figura F i g u r a 2 . 9 F o r m a s d e a r t ic u l a c i o n e s d e i o s a r c os M o i l

rales se sostienen ya sea con po stes de acero (figura 2.8c, se designan con el número 4) o con postes de madera (figura 2 ,8 d, se designan con el numero 5), o con calces de madera (figura 2.8e), En algunos casos se utilizan “rellenos” (figura 2.8/, g) para sostener los cabezales de madera, ésios se denominan ‘'arcos de hundimiento”, cuando el relle no se desmorona y los arcos pierden altura. Para redúcir el consumo de la mad era, en lugar del cabeza] deí techo se pueden utilizar varias articulaciones de acero com o se indica en la figura 2.9. 2.4.2

Diseño de un arco Molí con dos articulaciones

La sección transversal d e u n arco mol! articulado que se sostiene por medio de calces de madera , así como la fisura estática (modelo) de h sección transversal se ilustran en la figura 2.10 f2, página 475].

2.10 Arcos

M o l í c o n d o s a r t i c u la c i o n e s [ 2 j : a ) s i s te m a t í p i c o

103

áa ademe-

b ) m o d e l o e s t á t i c o i d e a l iz a d o .

El análisis del arco molí con dos articulaciones es similar al del arco rígido de la figura 2.6, sólo que la porción vertical se reduce a cero. Entonces, las ecuaciones (2.3), (2.4) y (2.5) se modifican con h = 0, de aquí que:

Á y = B¡¡ ^

0.666 qtr* .... = 0,424 q¡ r

(2.18)

M = 0 .S q :r 2 sen2 a  0.424 q t r ( r s e n a ) ~ ü j-r2 se n a( 0. 5 sena- - 0. 42 4)

(2. 19 )

N = ~q {r cos2 a - Q.424 qTr sena: =

r i c o s 2 a -í- 0.42 4(sena)

''2'2 0'

£102


t

DISEÑO OE ARCOS {ÍV10LL) ARTICULADOS

Figura F i g u r a 2 . 9 F o r m a s d e a r t ic u l a c i o n e s d e i o s a r c os M o i l

M o l í c o n d o s a r t i c u la c i o n e s [ 2 j : a ) s i s te m a t í p i c o

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b ) m o d e l o e s t á t i c o i d e a l iz a d o .

rales se sostienen ya sea con po stes de acero (figura 2.8c, se designan con el número 4) o con postes de madera (figura 2 ,8 d, se designan con el numero 5), o con calces de madera (figura 2.8e), En algunos casos se utilizan “rellenos” (figura 2.8/, g) para sostener los cabezales de madera, ésios se denominan ‘'arcos de hundimiento”, cuando el relle no se desmorona y los arcos pierden altura. Para redúcir el consumo de la mad era, en lugar del cabeza] deí techo se pueden utilizar varias articulaciones de acero com o se indica en la figura 2.9. 2.4.2

2.10 Arcos

103

El análisis del arco molí con dos articulaciones es similar al del arco rígido de la figura 2.6, sólo que la porción vertical se reduce a cero. Entonces, las ecuaciones (2.3), (2.4) y (2.5) se modifican con h = 0, de aquí que:

Á y = B¡¡ ^

0.666 qtr* .... = 0,424 q¡ r

(2.18)

M = 0 .S q :r 2 sen2 a  0.424 q t r ( r s e n a )

Diseño de un arco Molí con dos articulaciones

~ ü j-r2 se n a( 0. 5 sena- - 0. 42 4)

La sección transversal d e u n arco mol! articulado que se sostiene por medio de calces de madera , así como la fisura estática (modelo) de h sección transversal se ilustran en la figura 2.10 f2, página 475].

(2. 19 )

N = ~q {r cos2 a - Q.424 qTr sena: =

r i c o s 2 a -í- 0.42 4(sena)

''2'2 0'

A06MES D£ ACEBO PARA LOS TÚNELES DISEÑO DE ARCOS [MQLLJ ARTICULADOS 105

W :

res se. toma n p ara fines de diseño. Entonces :

da " COS a (sen 01~ 0.424) = 0

*?

■ 0 0 3 0 = 0 ----- > a ~ jr/2 sen a = 0.424, ^ = 0 . 0 7 6 q ,? M

^ — 0 :0 9 q , ^

N l s *

a = 25° p s r i a = 7r/2

(

para a = 25 °

(2 22)

Los valores de a — 95 o <¡n, „>/ , t0>Jos momentos y las fuerzas m H Sraadesí P° r io tan<* « coordenadas polares“ y se s muestran m u ^ Z U ; estos 6¡ ^ valouI° en la figura

s

 q

r

'

(2.23)

- q ‘r +j- -i.. F

Htr j¡/

de s e T c Í / d h ! ^ e c d ó n X ' p e r f f 61116' * ^

(2.24) ^

PSrfÍi y d ^ ó du í°

->u ia y espaciados I m entre sí. , - k - 4.30 2 ~ 2 ~ 2 . 1 5 m o. = 1.0 m ; ^
í * 2 perf^ m y Un mó dulo desecr* ~

- 2 54 6 > asf = 1400 kg/cm2 Bajo estas condiciones, existen las siguientes tres posibilidades: Red ucir la distancia entre los ademes are™ - c t n 2 r,cm3 (tabla 2.3), entonces: ° ’ F '“ 5 3 - ° « n 2 >W = 227 [ T ] . d e m ° m a i t e ' y d s f o e r a s n o r m a le s r a

un

a

, , ,

M

o ¡ j

a * 11560 o. 224000 53.0 ”22 70 " ~"1204 < 1400 kg/cm2 que es un valor b astante aceptable.

A06MES D£ ACEBO PARA LOS TÚNELES DISEÑO DE ARCOS [MQLLJ ARTICULADOS 105

W :

res se. toma n p ara fines de diseño. Entonces :

da " COS a (sen 01~ 0.424) = 0

*?

■ 0 0 3 0 = 0 ----- > a ~ jr/2 sen a = 0.424, ^ = 0 . 0 7 6 q ,? M

N l s *

a = 25° p s r i a = 7r/2

(

para a = 25 °

(2 22)

^ — 0 :0 9 q , ^

s

 q

r

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(2.23)

- q ‘r +j- -i.. F

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de s e T c Í / d h ! ^ e c d ó n X ' p e r f f 61116' * ^

Los valores de a — 95 o <¡n, „>/ , t0>Jos momentos y las fuerzas m H Sraadesí P° r io tan<* « coordenadas polares“ y se s muestran m u ^ Z U ; estos 6¡ ^ valouI° en la figura

(2.24) ^

PSrfÍi y d ^ ó du í°

->u ia y espaciados I m entre sí. , - k - 4.30 2 ~ 2 ~ 2 . 1 5 m o. = 1.0 m ; ^
í * 2 perf^ m y Un mó dulo desecr* ~

- 2 54 6 > asf = 1400 kg/cm2 Bajo estas condiciones, existen las siguientes tres posibilidades: Red ucir la distancia entre los ademes are™ - c t n 2 r,cm3 (tabla 2.3), entonces: ° ’ F '“ 5 3 - ° « n 2 >W = 227 [ T ] . d e m ° m a i t e ' y d s f o e r a s n o r m a le s r a

106

un

a

, , ,

M

AOfcMES DE ACERO

a * 11560 o. 224000 53.0 ”22 70 " ~"1204 < 1400 kg/cm2 que es un valor b astante aceptable.

o ¡ j

PARA LOS TÚNELES

DISEÑO DE ARCOS ÍMOLL) ARTICULADOS

i|=

2.4.3

10 7

Diseño de un arco Mol] con tres articulaciónes '

La figura 2.12 muestra el modelo estático de un arco con tres articula les

l“

: “ s"“ “ “ ^ 105 m 0“ ent0S ^ d£ l3S Mnax =0.125 q.r1

 * x = 0 . 1 3 4 r

N x ~ ~ q Tr

x = 0 . 1 3 4 r

( 2.2

qr T ^ 0 . Î 2 5 q { r 2 + < F °V W

f i “ s f t L l ° L " S e n t ? ° reS nUmérÍC° S d e \a \ =  Ï 3 J A A 2 1 L

4.

53 .0

X2 .2 5)

6)

Figura 2.13 Principio de trabajo de los arcos cedentas [2],

(2.27)

c r a ™ P=rG¡ ® =

0-125 X 53.75 Í2I5 ')2 " ~ 2 2 7 Ig ' “

- 1 5 9 0 > o y = 1 4 0 0 k g /c m 2

m í í d t M J a l l o s m o m e n ^ T e ^ 0 r a '’ “ Va3° reS l ac io ne s n o r es uU a S u r Q P , ? ^ “ Ut fl ta l P a ra doS

= . r

„ . -

í

k

í

-

s

s

k

i

s

j

s

: : s

Figura 2. 1 2 Sistema Moil con íres articulaciones (2j. Figura 2 A4 Arcos ceden tas Toussaint-Heinzmanii [ 2,

26 j.

106

AOfcMES DE ACERO

PARA LOS TÚNELES

DISEÑO DE ARCOS ÍMOLL) ARTICULADOS

i|=

2.4.3

10 7

Diseño de un arco Mol] con tres articulaciónes '

La figura 2.12 muestra el modelo estático de un arco con tres articula les

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: “ s"“ “ “ ^ 105 m 0“ ent0S ^ d£ l3S Mnax =0.125 q.r1

 * x = 0 . 1 3 4 r

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X2 .2 5)

x = 0 . 1 3 4 r

( 2.2

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f i “ s f t L l ° L " S e n t ? ° reS nUmérÍC° S d e \a \ =  Ï 3 J A A 2 1 L

4.

53 .0

Figura 2.13 Principio de trabajo de los arcos cedentas [2],

6)

(2.27)

c r a ™ P=rG¡ ® =

0-125 X 53.75 Í2I5 ')2 " ~ 2 2 7 Ig ' “

- 1 5 9 0 > o y = 1 4 0 0 k g /c m 2

m í í d t M J a l l o s m o m e n ^ T e ^ 0 r a '’ “ Va3° reS l ac io ne s n o r es uU a S u r Q P , ? ^ “ Ut fl ta l P a ra doS

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í

k

í

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s

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s

s

j

: : s

Figura 2. 1 2 Sistema Moil con íres articulaciones (2j. Figura 2 A4 Arcos ceden tas Toussaint-Heinzmanii [ 2,

108

.

DISEÑO DE LOS ARCOS CEDENTES


' 2 5

26 j.

109

d is e ño d e l o s a r c o s c e d e n te s

2.5.1

Descripción de ios arcos caden tes

Los arcos cedentes se componen de tres secciones. La sección suDerior d ls ^ íd e m ^ L l? / 16111611105 laEeraies' APr°ximadamente cada 15

v ts; d: i “

j enr s se, añojan y ios arc°s se

m dn er\ los esftie™

2.13 " f e i C ™ “

0" “

y «*n.

* * * * *

Se am inoran en ellos y Se elimi*- t e m á tic a m e n t e e n la fig u ra

lo s p Í f f l e f e l ^ T n ” dÍSe fiai0n 103 Pr im er 0s « e o s c ed en te s c on , • !¡Vî « C0m0 se muesrran en la figura 2 14 Í26 9 pag ina 44 6] , De spu és de qu e te rm in ó ía p at en te se h ¡ n 0 ¿ sección en y “ 5 ,Cedentes Icomo ■>“ “G locken" y los “ku nsüer" con U U, iT t ai crc oi™ m o ’se mC0“ u e st °raSOfcra e n la sdef i^fÍOT0 u ri s uqueu se icoIoc“ “ k íorma de ue [26, 2, Página 454-4 53] " “ 2‘15 ^ 2- ^ respectivamente

Angulo de acero de SO X 50 m m 2 / P a rf lI d e ar c o

Figura 2.16 Arcos cedentes Kü nstler [2, 26].

Figura 2.15 Arcos cedentes Glocken Í 2, 26].

w

Í Í [2,

30“

CedeníSS T0U3S ainí"HeinZn:aiffi Usados sn !as «ninas de carbó n

108

.

DISEÑO DE LOS ARCOS CEDENTES


' 2 5

109

d is e ño d e l o s a r c o s c e d e n te s

2.5.1

Descripción de ios arcos caden tes

Los arcos cedentes se componen de tres secciones. La sección suDerior d ls ^ íd e m ^ L l? / 16111611105 laEeraies' APr°ximadamente cada 15

v ts; d: i “

j enr s se, añojan y ios arc°s se

m dn er\ los esftie™

2.13 " f e i C ™ “

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* * * * *

Se am inoran en ellos y Se elimi*- t e m á tic a m e n t e e n la fig u ra

lo s p Í f f l e f e l ^ T n ” dÍSe fiai0n 103 Pr im er 0s « e o s c ed en te s c on , • !¡Vî « C0m0 se muesrran en la figura 2 14 Í26 9 pag ina 44 6] , De spu és de qu e te rm in ó ía p at en te se h ¡ n 0 ¿ sección en y “ 5 ,Cedentes Icomo ■>“ “G locken" y los “ku nsüer" con U U, iT t ai crc oi™ m o ’se mC0“ u e st °raSOfcra e n la sdef i^fÍOT0 u ri s uqueu se icoIoc“ “ k íorma de ue [26, 2, Página 454-4 53] " “ 2‘15 ^ 2- ^ respectivamente

Angulo de acero de SO X 50 m m 2 / P a rf lI d e ar c o

Figura 2.16 Arcos cedentes Kü nstler [2, 26].

Figura 2.15 Arcos cedentes Glocken Í 2, 26].

1 10

w

ADEMES £•;

P A R ¿ LOS

Tabla-2.8 Dimensiones de ios arcos franceses Tou ssaír.í-r:

N úm er o de arco

TÚNELES

5 ; n z m ar .- ^ s

•

L

//

P

DiSEN O DE LOS ARC OS CED ENT ES

-¡ -¡ ■ ,

K t, s e g ú n

ei adema de las

n e r v a d u r a s l a te r a l e s d e l a e n t r a d a d e l t ú n e f

d

R

C

2. 6 3. 1

1 S 1 ,7

Ad eme d e las nervaduras ■ laterales de la entrada

r

2 50

5 .3

2 .7 8

2 . 48

2.4

0.76

P

300

7 .8 6

28

!

3 .3 4

2.6

0JC5

2 .0 2 .2

P

3 70

9 .4 5

3 .8 4

2 .9 9

2 .9

0 . 73

2. 4

3. 1

P

4 20

11.20

4 .3 4

3 . 14

3 .1

0 . 76

2. 5

3 .4

P 4 70

1 3 .3 5

4 .7 0

3 .3 5

3. 4

0 .4 5

2.8

?n

3 .6

2 .2

1?

A ,

M a t e r i a le s s o l id i f ic a d o s c o m o !

a n h i d r i t a o c o n c r e t o f lu i d o Cuñas de madera

.

R e l le n o a m a n o

2 3

a V s r r e f e r e n c i a s '2 y 3 1 .

“ V e r r e f e r e n c ia s 2 y 3 0 .

son de sección-transversal grande. Los arcos típicos To'ussaínt-Heinzmann que se utilizaron en las minas de carbón francesas se muestran en ia figura 2.1 1, y sus dimensiones se resumen en ia tabla 2.8 [30, 2 pág ina 451 ]. 2.5.2

CedeníSS T0U3S ainí"HeinZn:aiffi Usados sn !as «ninas de carbó n

T a b l a 2 . 9 C o e f i c ie n t e

P

.

30“

-

Sección Mem entos del a/'. de i t ú n e l -------------------------------------- — (m2)

Í Í [2,

C o e f i c ie n t e

K p

según

Ro ca d el lec ho

(2.28) (2.29)--=-

la

roca del

Kf l

2

Lutita arenosa

Los arcos cadentes al disminuir 30 ó 40 cm de altura, no pueden pro po rc io na r un mo de lo est átic o pa ra lo s cálc ulos . La est im ac ión de las dimensiones se hace según ei criterio de convergencia del camin o prin cipal Las fórmulas y las tablas siguientes hacen estimaciones de las condiciones para los ademes cedentes en las minas alemanas [31] [a. pág ina 195] .

X ’ = - 5 8 + 0 .0 3 9 ^ + 3 . 7 m X , + ri.ü VT DI ^

2.10

Arenisca

Cálculo estimado de los arcos cedcn tes

K = ~ 18 + O.óóó H + 4,3 m K t + 7.7 V i 0 K;

Tabla techo®

Lutita

3

R o c a m u y d e f o rm a d a

4

Carbón --

5

C a r b ó n + l u t it a + r o c a d e f o rm a d a

6

Ver referencias 2 y 3 i.

K f - Coeficiente según la roca dei suelo (tabla 2.10). K '] K < 0.7 perfiles cedentes, 26 a 29 kg/m. »• • K' /X > 0.7 perfiles cedentes, 30 a 36 kg/m.

r = 3 . 5 + 0 .2 3 Á' en donde = Convergencia final, en por ciento. = .Hinchazón del suelo, en por ciento. — Cierre de ios lados, en por ciento. - Profundidad de la entrada, en metros. = Espesor del manto, en metros. Kt — Coeficiente, según el ademe de bs nervaduras de 3a en trada (tabla 2 . ? \ K K ' Y H m

Como un ejemplo numérico, calcúlese ei tamaño de los arcos Toussaint-Heinzman n que se van a utilizar en una entrada que se per fora en un manto de 2 m de espesor, a una profundidad de 1.000 m. el suelo es de arenisca y se usan calces de madera para sostener las nervaduras (tablas de cañón). En estas condiciones: H = IGGOmm~ 2m K< = 2

Kf = I

1 10

ADEMES £•;

P A R ¿ LOS

Tabla-2.8 Dimensiones de ios arcos franceses Tou ssaír.í-r:

N úm er o de arco

TÚNELES

5 ; n z m ar .- ^ s

•

T a b l a 2 . 9 C o e f i c ie n t e

Sección Mem entos del a/'. de i t ú n e l -------------------------------------- — (m2)

L

//

2 .7 8

2 . 48

d

P

R

C

r

2. 6

1?

3. 1

1 S

3. 1

1 ,7

P

300

7 .8 6

28

!

3 .3 4

2.6

0JC5

P

3 70

9 .4 5

3 .8 4

2 .9 9

2 .9

0 . 73

2. 4

P

4 20

11.20

4 .3 4

3 . 14

3 .1

0 . 76

2. 5

3 .4

1 3 .3 5

4 .7 0

3 .3 5

3. 4

0 .4 5

2.8

?n

P 4 70

3 .6

2 .2

2 50

5 .3

.

0.76

2.4

K t, s e g ú n

ei adema de las

Ad eme d e las nervaduras ■ laterales de la entrada

A ,

M a t e r i a le s s o l id i f ic a d o s c o m o !

a n h i d r i t a o c o n c r e t o f lu i d o Cuñas de madera

.

R e l le n o a m a n o

2 3

a V s r r e f e r e n c i a s '2 y 3 1 .

“ V e r r e f e r e n c ia s 2 y 3 0 .

Tabla

son de sección-transversal grande. Los arcos típicos To'ussaínt-Heinzmann que se utilizaron en las minas de carbón francesas se muestran en ia figura 2.1 1, y sus dimensiones se resumen en ia tabla 2.8 [30, 2 pág ina 451 ]. 2.5.2

-¡ -¡ ■ ,

n e r v a d u r a s l a te r a l e s d e l a e n t r a d a d e l t ú n e f

2 .0 2 .2

P

DiSEN O DE LOS ARC OS CED ENT ES

K p

según

la

roca del

Kf l

Arenisca

2

Lutita arenosa

Los arcos cadentes al disminuir 30 ó 40 cm de altura, no pueden pro po rc io na r un mo de lo est átic o pa ra lo s cálc ulos . La est im ac ión de las dimensiones se hace según ei criterio de convergencia del camin o prin cipal Las fórmulas y las tablas siguientes hacen estimaciones de las condiciones para los ademes cedentes en las minas alemanas [31] [a. pág ina 195] .

X ’ = - 5 8 + 0 .0 3 9 ^ + 3 . 7 m X , + ri.ü VT DI ^

C o e f i c ie n t e

Ro ca d el lec ho

Cálculo estimado de los arcos cedcn tes

K = ~ 18 + O.óóó H + 4,3 m K t + 7.7 V i 0 K;

2.10

techo®

Lutita

3

R o c a m u y d e f o rm a d a

4

Carbón --

5

C a r b ó n + l u t it a + r o c a d e f o rm a d a

6

Ver referencias 2 y 3 i.

K f - Coeficiente según la roca dei suelo (tabla 2.10). K '] K < 0.7 perfiles cedentes, 26 a 29 kg/m. »• • K' /X > 0.7 perfiles cedentes, 30 a 36 kg/m.

(2.28) (2.29)--=-

r = 3 . 5 + 0 .2 3 Á' Como un ejemplo numérico, calcúlese ei tamaño de los arcos Toussaint-Heinzman n que se van a utilizar en una entrada que se per fora en un manto de 2 m de espesor, a una profundidad de 1.000 m. el suelo es de arenisca y se usan calces de madera para sostener las nervaduras (tablas de cañón). En estas condiciones:

en donde = Convergencia final, en por ciento. = .Hinchazón del suelo, en por ciento. — Cierre de ios lados, en por ciento. - Profundidad de la entrada, en metros. = Espesor del manto, en metros. Kt — Coeficiente, según el ademe de bs nervaduras de 3a en trada (tabla 2 . ? \ K K ' Y H m

ADEMES

0£

ACERO PARA

r = - 5 8 + 0 . 03 9 X 1 0 00 + 3 . 7 X 2 X 2 + ó . o y T o X I K ' K

16.7 29.5

0.56

K< = 2

Kf = I

\

LOS TÚNELES

- | g > - 7 8 + 0 ,0 66 X 1 0 0 0 + 4 . 3 X 2 X 2 + 7 . 7 v ^ I O X l = -78 + 66 + 17.2+ 24.3 =29.5%

= -58 + 39 + 14,8 + 20 .9= 16.7%

H = IGGOmm~ 2m

?

" ¿v ". f f I f

CÁPÍTULO 3

1

^

3'!

P R I N C I P I O DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

.

........

Es un h echo establecido que existen zonas de tensión en el techo es pe na lm en te en las ‘gal en as pri nc ipa les 'de extracción y ventilación” as minas de carbón, .Los-techos en escás galerías actúan como vi-as d 11 otro. otrnaPR n“ ^ « * « * * » debe uno El aH diseñador dé ^los ademes en las galerías anteriores tom ar en consideración el peso de tales capas separadas (techo inmeVamos a considerar dos estratos del techo cuyos-espesores son h / h P V SUS T í 0S 50 n¿ (fiSUra 3, i) [2, pdgín£ 4823- Si ei ciaro d« 1i abe, tura es / y la carga uniform e es q, existirá un esfuerzo máximo de flexión en la parte central de ese claro (figura 3.1a) como sigue:

o ~ 0.75 — -------- bti\+bh\

n n

Si estos dos estratos (capas) se unen en tre sí por medio de pernos (figura 3.1 ó), la flexión a en la mitad del claro sería:

a ' = 0 . 7 5 ------ ^ -----b ( h l + h2 )2 113

n ^ ( j 2¿

ADEMES

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r = - 5 8 + 0 . 03 9 X 1 0 00 + 3 . 7 X 2 X 2 + ó . o y T o X I K ' K

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LOS TÚNELES

CÁPÍTULO 3

I f 1

0.56

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P R I N C I P I O DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

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........

Es un h echo establecido que existen zonas de tensión en el techo es pe na lm en te en las ‘gal en as pri nc ipa les 'de extracción y ventilación” as minas de carbón, .Los-techos en escás galerías actúan como vi-as d 11 otro. otrnaPR n“ ^ « * « * * » debe uno El aH diseñador dé ^los ademes en las galerías anteriores tom ar en consideración el peso de tales capas separadas (techo inmeVamos a considerar dos estratos del techo cuyos-espesores son h / h P V SUS T í 0S 50 n¿ (fiSUra 3, i) [2, pdgín£ 4823- Si ei ciaro d« 1i abe, tura es / y la carga uniform e es q, existirá un esfuerzo máximo de flexión en la parte central de ese claro (figura 3.1a) como sigue:

o ~ 0.75 — -------- bti\+bh\

n n

Si estos dos estratos (capas) se unen en tre sí por medio de pernos (figura 3.1 ó), la flexión a en la mitad del claro sería:

a ' = 0 . 7 5 ------ ^ -----b ( h l + h2 )2

n ^ ( j 2¿

113

114

Pu^ck verse que eí valor de a' es mucho menor que ü. Si k x = h 2 n 0, la relación e ntre los dos casos es como sigue: á ' 7 U \ L

TIPOS DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

PERNOS Y ANCLAJE ARMADO

a ff'

0.75(q!2/2 bh l ) Q J 5 [ q ! 2/ b ( 2 h t ) 2 l

j

V 

115

3 .2 ' TIPOS DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

r

| | | f. ¡ | |

Entre las variedades de los pernos de anclaje están los pernos de ranura y cuña y los que tienen una concha de expansión que se anclan mecánicam ente. En los pernos con inyección de lechada se usa el cémen tó de fraguado rápido. Los pernos con “resina” son el adelantó más rec iente , en el cual se utilizan variedades de resinas de fraguado rápido que son muy eficaces para asegurar el perno en el lugar apropiado. f-J —

3.2.1

Pernos de ranura y cuña

La ñgura 3.2 muestra un pemo típico de ranura y cuña [2, página 485], El perno está hecho de acero maleable de 22 a 30 mm de diá-

~

jd fo r/ dS r

M F i g u r a 3 . 1 P r i n c i p i o d e io s p e r n o s d a a n c l a j e .

Por lo tanto, ai unir con pernos de anclaje ios dos estratos, ei esfuer zo de flexión se puede reducir a la mitad. Por otra parte, ei esfuerzo de flexión que se desarrolla en ei techo, lo pueden soportar varillas de “acero” que son bastante resistentes a ios esfuerzos ’d e te nsió n. La sujección de los estratos me dian te los pe rn os pu ed e car. p ro nt o co m o se ab ra la ga ler ía d e e xt ra cc ió n y ventilación si no existe m ucha sepa ración entre ias capas. Estas ven tajas obvias han hecho; que el uso de pern os de anclaje sea muy común en los laboríos de salones y püares para la explotación de mantos ho rizontales. Las investigaciones que el U. S. Burean o f Mines (Departa mento de Minas de los Estados Unidos) hizo a este respecto después de la Segunda Guerra Mundial dieron como resultado un gran avance en ei ademe de galenas y convirtieren ios pernos de anclaje en aUo muy común.

114



Pu^ck verse que eí valor de a' es mucho menor que ü. Si k x = h 2 n 0, la relación e ntre los dos casos es como sigue:

j

a ff'

3 .2 ' TIPOS DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

r

| | | f. ¡ | |

á ' 7 U \ L

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115

0.75(q!2/2 bh l ) Q J 5 [ q ! 2/ b ( 2 h t ) 2 l

Entre las variedades de los pernos de anclaje están los pernos de ranura y cuña y los que tienen una concha de expansión que se anclan mecánicam ente. En los pernos con inyección de lechada se usa el cémen tó de fraguado rápido. Los pernos con “resina” son el adelantó más rec iente , en el cual se utilizan variedades de resinas de fraguado rápido que son muy eficaces para asegurar el perno en el lugar apropiado. f-J —

3.2.1

Pernos de ranura y cuña

La ñgura 3.2 muestra un pemo típico de ranura y cuña [2, página 485], El perno está hecho de acero maleable de 22 a 30 mm de diá-

jd fo r/ dS r

~

M F i g u r a 3 . 1 P r i n c i p i o d e io s p e r n o s d a a n c l a j e .

Por lo tanto, ai unir con pernos de anclaje ios dos estratos, ei esfuer zo de flexión se puede reducir a la mitad. Por otra parte, ei esfuerzo de flexión que se desarrolla en ei techo, lo pueden soportar varillas de “acero” que son bastante resistentes a ios esfuerzos ’d e te nsió n. La sujección de los estratos me dian te los pe rn os pu ed e car. p ro nt o co m o se ab ra la ga ler ía d e e xt ra cc ió n y ventilación si no existe m ucha sepa ración entre ias capas. Estas ven tajas obvias han hecho; que el uso de pern os de anclaje sea muy común en los laboríos de salones y püares para la explotación de mantos ho rizontales. Las investigaciones que el U. S. Burean o f Mines (Departa mento de Minas de los Estados Unidos) hizo a este respecto después de la Segunda Guerra Mundial dieron como resultado un gran avance en ei ademe de galenas y convirtieren ios pernos de anclaje en aUo muy común.


■Hierro y de 0 5 " o <

T i PG S D E L O S

^

s

t !

:

z

r

PEAMOS

o e

A N C L A J g

117

u a e n á a ^

tJ, Sf fll0 .de conicidad la cual se mr j 7 “ coIoca una culto de 13 ™ ” * “ d Ju^ r , c om o se I Z Z l t V ^ T T " El agujero- para el D m „ . flgura 3-2cí en e ra lm e n te 4 m m ¿ Ja l 0n *i tu d « P ® . o , am piar el agujero por medio de 'un m¿ n io “ tr° dUCe 8 PreSÍÓ11 para Como se necesita aire comprimido eTm éSd neUn,ático * ^P ac to. D es í, ue s * s e g u r a r el p e rn o l a v Z / ” ° “ “ Uy “ -’" 'e m e n ' * * 0 * aPt¡eQ ta reas para darle una tensión adecuada a la fU e ra de “ claje del p ern o c o m o ^ e ^ ™ eTO C° X P i d o n a

3‘2' 2 Pei710S COn COn®a de expansión La figura 3.3 muesrri

x

pa ns ión . C o n s i s t í “ T ^ (° Ca^ « ° > d= « : * / » fónica * en “ ¡ " r S a d o ^ p 3 22 ” m ^ alrededor de la pie2a ceiltrai s" CMt™ «"c ha s ir la p Kz a yy d esc ie nd e c on la a’ u d d e 2 í , T ' * ® 15 cu a" d ° a p re ta d a s e ve e n l a f ig u ra s i e n d o n de , La equilibrio con la fuerza de fricción S f ^ L n está 2* ^ V n ¿ f 0 ím a d a P o r m e di o d e la s f ue r-

^ “ • ^ í C s e n a + ^ c o j^ (3.5) Kq (3.4) en donde

'

M C, aje P a ra m a n K n e r * —

o « s u lu ga r, e n ^

anclaje, en centímetros cuadrados. cho, en U o Í a m ^ ^ c e “ ¿ ’J f ¡“ Ia ) de “ Z^

™ca del tefigura 3.3 Pernos tínicas ron ^ P 3 ^ COncha d<=sxpausi6n [2r 33],

I0S CUadnid“ en donde

* ~ Coeficiente, 0.0014 .i - - \\ > U.*AO' ¡ d ad t " r e s “ t e n c S Í

LV* •

\

u = c T / r 2 i e anciaje> en M ° 8ran,os. M Co efiaen te de fricción entre la roca v 1, Sion. 13 roc a y las conchas de expan-

U” " * « c on u na ca paci-

q ~ CaPacidad de resistencia de la roca rfP?r _ P.o r c en tím et ro cu ad ra do ‘

k ’ 8n kilo Sram os

„ ; » ! ! de T COncia de expansión.

/i* 0.001.4 X 200 = 0.28

Nu me ro de co nc ha s.

;

^ = 2 5 X 2 0 0 ( s e n 2a + 0 . 2 S c o 5 2 o ) “ 25 X 200(0.0349+ 0 .2798 )» 1573.5 kg

con concha * ° « p S ñ d e ^ ¿ mcerza de an daje d e u n P« -

” - ^ - P o r c ada u n

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3‘2' 2

Pei710S COn COn®a de expansión

x

La figura 3.3 muesrri pa ns ión . C o n s i s t í “ T ^ (° Ca^ « ° > d= « : * / » fónica * en “ ¡ " r S a d o ^ p 3 22 ” m ^ alrededor de la pie2a ceiltrai s" CMt™ «"c ha s ir la p Kz a yy d esc ie nd e c on la a’ u d d e 2 í , T ' * ® 15 cu a" d ° a p re ta d a s e ve e n l a f ig u ra s i e n d o n de , La equilibrio con la fuerza de fricción S f ^ L n está 2* ^ V n ¿ f 0 ím a d a P o r m e di o d e la s f ue r-

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M C, aje P a ra m a n K n e r * —

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k ’ 8n kilo Sram os

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/i* 0.001.4 X 200 = 0.28

Nu me ro de co nc ha s.

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con concha * ° « p S ñ d e ^ ¿ mcerza de an daje d e u n P« -


es de 200 kg/cm 2. B coeficien te de fricción es de 0.28, como en el ejemplo anterior.

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a , e n u

n a ^

S ^




ng

fuerzo que origina deformación plástica en el acero en uso. Los mo men tos se calculan como sigue; + M 2 = ^ t a n ( ¡ + V l) + f

P  4 X 0.28 X 200 kg/cm2 X 5 cm2

t an f t

( 3 . 6)

en donde

—1 12 0 kg

La acción de apretar se muestra con un esquema en la figura 3.4 [2, página 588], y el momento de torsión que se requiere se calcula con la ayuda de las fórmulas [33, página 399] que a continuación se establecen. Como se ve en la figura 3.4, la tuerca S se gira por medio de la lla ve A, y el mome nto de torsión se lee en G. Al apretar las conchas de expansión Gp se mueven horizontalmente, ajustándose contra la roca. La acción de apretar continúa con la placa de apoyo P hasta que se da una tensión previa al perno. E sta no deberá exceder ai 60% del es-

M —Mom ento total de giro, en kilogramos-centímetros. M i  Momento primero que pone las conchas en acción, en kilo gramos-centímetros. M 2 = Mome nto segundo para apre tar la placa de apoyo, en kilo gram os-cen t ím e tros. R = Fuerza axial que se aplica al perno, en kilogramos. d — Diámetro del perno, en centímetros. d\ — Diámetro del agujero, en centímetros. d 2 — Distancia de la concha de expansión en la roca. i = Inclinación de la rosca del perno. = A ngulo de fricción entre la tuerca y el perno. #2 = Ángulo de fricción entre la tuerca y la placa de apoyo. Como una aplicación numérica, calcúlese el momento de torsión pa ra ob te ne r 10 t d e fu er za en un pe rn o de 2.5 cm- de diá me tro , col o cado en un barreno de 3 cm de diámetro. La distancia de fricción de las conchas es de 4.5 cm; el ángulo de la rosca del perno es tan peque ño que no se toma en cue nta, y ios ángulos de fricción son; tan = 0.2 y tan tp2 ~ 0.3, entre la tuerca y el perno y entre la tuerca y la pla ca de ap oy o, re spe cti va me nte . M - 1 0 00 0 ~

2

X 0 .2 + - ^ 2 . Í 5 ; 5) 3 ~ C3Ü x 0 3 3 (4. 5) 2 - (3)2 *

—82 00 kg • cm o S2 ks • m Según la referencia 2, el momento de giro se puede calcular de una man era más simple como sigue;

rigura oA Afianzamiento usando pernos con concha de expansión [2,

33 ],



ng

fuerzo que origina deformación plástica en el acero en uso. Los mo men tos se calculan como sigue;

es de 200 kg/cm 2. B coeficien te de fricción es de 0.28, como en el ejemplo anterior.

+ M 2 = ^ t a n ( ¡ + V l) + f

P  4 X 0.28 X 200 kg/cm2 X 5 cm2

( 3 . 6)

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en donde

—1 12 0 kg

M —Mom ento total de giro, en kilogramos-centímetros. M i  Momento primero que pone las conchas en acción, en kilo gramos-centímetros. M 2 = Mome nto segundo para apre tar la placa de apoyo, en kilo gram os-cen t ím e tros. R = Fuerza axial que se aplica al perno, en kilogramos. d — Diámetro del perno, en centímetros. d\ — Diámetro del agujero, en centímetros. d 2 — Distancia de la concha de expansión en la roca. i = Inclinación de la rosca del perno. = A ngulo de fricción entre la tuerca y el perno. #2 = Ángulo de fricción entre la tuerca y la placa de apoyo.

La acción de apretar se muestra con un esquema en la figura 3.4 [2, página 588], y el momento de torsión que se requiere se calcula con la ayuda de las fórmulas [33, página 399] que a continuación se establecen. Como se ve en la figura 3.4, la tuerca S se gira por medio de la lla ve A, y el mome nto de torsión se lee en G. Al apretar las conchas de expansión Gp se mueven horizontalmente, ajustándose contra la roca. La acción de apretar continúa con la placa de apoyo P hasta que se da una tensión previa al perno. E sta no deberá exceder ai 60% del es-

Como una aplicación numérica, calcúlese el momento de torsión pa ra ob te ne r 10 t d e fu er za en un pe rn o de 2.5 cm- de diá me tro , col o cado en un barreno de 3 cm de diámetro. La distancia de fricción de las conchas es de 4.5 cm; el ángulo de la rosca del perno es tan peque ño que no se toma en cue nta, y ios ángulos de fricción son; tan = 0.2 y tan tp2 ~ 0.3, entre la tuerca y el perno y entre la tuerca y la pla ca de ap oy o, re spe cti va me nte . M - 1 0 00 0 ~

2

X 0 .2 + - ^ 2 . Í 5 ; 5) 3 ~ C3Ü x 0 3 3 (4. 5) 2 - (3)2 *

—82 00 kg • cm o S2 ks • m Según la referencia 2, el momento de giro se puede calcular de una man era más simple como sigue;

rigura oA Afianzamiento usando pernos con concha de expansión [2,

12 0

33 ],


TIPOS D£ LOS PERNOS DE ANCLAJE

121

en donde ■3>£rV b t Mom ento de torsión, en kilogramos-centímetros. , _ ^ Uer2a axial que se aPüca aí Pem o, e n kilogramos d  Diámetro dei perno, en centímetros. . _ / " ^ “ c ió n de k r o sc a d e l p e rn o . S e t om a p o r lo g en er al c o* - Angulo de fricción en tre la tuerca y la placa de apoyo que se toma por lo general como ,16a. £3 calculo anterior se convierte entonces en: X 2.5 M = 10000 ~2 -------- Cían 2.5° + 2 X tan 16a) Figiua 3.5 Vista

10000 X 2.5 2 (0-04 37 + 2 X 0.2867)

7715 kg - cm = 77.15 k g - m

£ £ £ « « d e 3CU erd0 COn d r eS Ul ía d° ( S2

3-2.3

a n- -

Pernos de .anclaje con inyección de lechada v /

™

a

l o s p e r n o s c o n l e ch a d a d e c e m e n t o [

2 ],

pe rf or ad os ral co mo s e m ue st ra en la f igur a 3. 6 [34 ], C on for me el p ern o e

-

esquemática c e

de l o s a o s

facilidad. Para e/ m in ê ste ^ m-0rtero 3e pierde con mucha este conveniente, se utilizan tubos lardos

l

; ^

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12 0


TIPOS D£ LOS PERNOS DE ANCLAJE

121

en donde ■3>£rV b t Mom ento de torsión, en kilogramos-centímetros. , _ ^ Uer2a axial que se aPüca aí Pem o, e n kilogramos d  Diámetro dei perno, en centímetros. . _ / " ^ “ c ió n de k r o sc a d e l p e rn o . S e t om a p o r lo g en er al c o* - Angulo de fricción en tre la tuerca y la placa de apoyo que se toma por lo general como ,16a. £3 calculo anterior se convierte entonces en: X 2.5 M = 10000 ~2 -------- Cían 2.5° + 2 X tan 16a) Figiua 3.5 Vista

10000 X 2.5 2 (0-04 37 + 2 X 0.2867)

2 ],

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pe rf or ad os ral co mo s e m ue st ra en la f igur a 3. 6 [34 ], C on for me el p ern o e

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Pernos de .anclaje con inyección de lechada v /

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de l o s a o s

facilidad. Para e/ m in ê ste ^ m-0rtero 3e pierde con mucha este conveniente, se utilizan tubos lardos

PERNOS Y AN CLAJE ARMAOO

123


nentes arrojarán distintas resistencias, tiempos diferentes de coagula ción, diversas resistencias al medio ambiente, etc. Los componentes pr inc ipa les de un p e m o co n re sin a pu ed en se r [29 , pág ina 157 ] los siguientes: Resina poliéster, 28.5% Sellador (caliza triturad a) 6 6% Acelerador, 0.5%

Tiempo da curado ¡d íasj Figura 3.7 Tiempo de curado del mortero

[2,

34],

•

+

Catalizador

El sellador es cualquier roca triturada. Se utiliza para reducir la con tracción y, tamb ién, para re ducir a un mínim o la cantidad de resina po lié ste r, po rq ue la re sin a es m uc ho más car a qu e la roc a. El ace lera  dor ayuda a la reacción entre el catalizador y la resina poliéster, de manera que la mezcla fragua más rápido. Para evitar el contacto an tes de usarse, la resina, el sallador y el acelerador se empacan juntos, pe ro se se pa ra n del ca ta liz ad or . Es co mü n emp aca rlos en la fo rm a de una salchicha, un paquete dentro del otro, separados.por una envol tura de plástico de buena calidad (“Mylar”) tal como se muestra en la figura 3.8, donde aparece un cartucho típico de resina que fabrica

Las diversas relaciones del cem ento con arena fina y con el conte-

ni o e agua (a - agua/cem ento, en p eso) se ven en la figura 3 7 en donde se puede obser/ar que la resistencia se incrementa con la edad . y 2. mitad de la resistencia se alcanza en una semana. Las lechadas

Envoltura interior z '

W h T T S m.c rcmenran ^m bié n la resistencia. La resistencia de la lechada depende considerablemente de las relaciones entre el cemen to, la arena y eí agua. Figura

3.2.4

\

ñssina poliéster

C a r i u c h o c o n r e s in a q u e f a b r ic a Da

Po ní ( 2 9 ,

35).

Pernos de anclaje con resina

Las dificultades para ajustar ios pernos han conducido a que se les tenga que a nclar a lo largo de toda su longitud. Los pernos con inyec ción de lechada tuvieron aceptación, pero necesitaban un larao penoJ°r S, f[ag,Jado que ocasionab a la separ ación de las capas. También era incu hacer una mezcla adecuada. De esta manera, se desarrollaron a.gunas resmas que endurecían y obtenía buenas propiedades mecáni cas en pocos minutos. ^ El empernado con resinas, como se le conoce generalmente, es re lativamente nuevo. Los componentes de la resina difieren de acuerdo con los diferentes isi/ncan' Los diversos porcen tajes de sus compo-

Du Pont [35]. La lou,i’ii;d del cartucho varía desde 30 hasta 120 cm, con un diámetro de 2.5 a ’.5 cu. La máxima capacidad de anclaje se efectuará en menos de 5 minutos, y cuando ha fraguado completa mente, tiene las siguientes propiedades físicas: Resistencia a la com presió n uniaxial Resistencia a la tensión Resistencia al cor&’ske

] 120 kg/cm2 630 kg/cm2 525 kg/cm2

Para la capacidad de soporte por carga de! ancla con resina, se de ben co ns ide ra r d os pu nt os im po rta nt es : el p rim ero es la res iste nci a de

PERNOS Y AN CLAJE ARMAOO

123


nentes arrojarán distintas resistencias, tiempos diferentes de coagula ción, diversas resistencias al medio ambiente, etc. Los componentes pr inc ipa les de un p e m o co n re sin a pu ed en se r [29 , pág ina 157 ] los siguientes: Resina poliéster, 28.5% Sellador (caliza triturad a) 6 6% Acelerador, 0.5%

Tiempo da curado ¡d íasj Figura 3.7 Tiempo de curado del mortero

[2,

34],

•

+

Catalizador

El sellador es cualquier roca triturada. Se utiliza para reducir la con tracción y, tamb ién, para re ducir a un mínim o la cantidad de resina po lié ste r, po rq ue la re sin a es m uc ho más car a qu e la roc a. El ace lera  dor ayuda a la reacción entre el catalizador y la resina poliéster, de manera que la mezcla fragua más rápido. Para evitar el contacto an tes de usarse, la resina, el sallador y el acelerador se empacan juntos, pe ro se se pa ra n del ca ta liz ad or . Es co mü n emp aca rlos en la fo rm a de una salchicha, un paquete dentro del otro, separados.por una envol tura de plástico de buena calidad (“Mylar”) tal como se muestra en la figura 3.8, donde aparece un cartucho típico de resina que fabrica

Las diversas relaciones del cem ento con arena fina y con el conte-

ni o e agua (a - agua/cem ento, en p eso) se ven en la figura 3 7 en

Envoltura interior

donde se puede obser/ar que la resistencia se incrementa con la edad . y 2. mitad de la resistencia se alcanza en una semana. Las lechadas

z '

W h T T S m.c rcmenran ^m bié n la resistencia. La resistencia de la lechada depende considerablemente de las relaciones entre el cemen to, la arena y eí agua. Figura

3.2.4

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ñssina poliéster

C a r i u c h o c o n r e s in a q u e f a b r ic a Da

Po ní ( 2 9 ,

35).

Pernos de anclaje con resina

Las dificultades para ajustar ios pernos han conducido a que se les tenga que a nclar a lo largo de toda su longitud. Los pernos con inyec ción de lechada tuvieron aceptación, pero necesitaban un larao penoJ°r S, f[ag,Jado que ocasionab a la separ ación de las capas. También era incu hacer una mezcla adecuada. De esta manera, se desarrollaron a.gunas resmas que endurecían y obtenía buenas propiedades mecáni cas en pocos minutos. ^ El empernado con resinas, como se le conoce generalmente, es re lativamente nuevo. Los componentes de la resina difieren de acuerdo con los diferentes isi/ncan' Los diversos porcen tajes de sus compo-

Du Pont [35]. La lou,i’ii;d del cartucho varía desde 30 hasta 120 cm, con un diámetro de 2.5 a ’.5 cu. La máxima capacidad de anclaje se efectuará en menos de 5 minutos, y cuando ha fraguado completa mente, tiene las siguientes propiedades físicas: Resistencia a la com presió n uniaxial Resistencia a la tensión Resistencia al cor&’ske

] 120 kg/cm2 630 kg/cm2 525 kg/cm2

Para la capacidad de soporte por carga de! ancla con resina, se de ben co ns ide ra r d os pu nt os im po rta nt es : el p rim ero es la res iste nci a de

PERNOS Y ANCLAJE ARMADO TiPOS DE LOS PERNOS OE ANCLAJE 125 P r e n d i m i e n t o p 3 f a ¡ n n a i a r p e r n o s c a n r ss ¡ n a

Paso 1 Perfora un agujero de u n a p u l g a d a ( 1 ") da diámetro a-la pro fandldad desearía

n r » 3 .!

deb,les «Quieren más resina para ^ £s que las rocas más r es a la s q u e s e a lc a nz an e n la s r o c a ^ T T ' ™ “ “ 5 * a nc ia je si m i kf '1Perno « n adherencia influy? T O SeS“ndo, la longitud £ 7f r 3.9 P r o p o r c i o n é anclaje de, pe rn o. 1371, los cuales muestran la inKffelarií / y de WoodfcM ■«luta do s indican generalmente oue la r« , Farámetros- Sus ncion lineal de ia longitud de aAh S3Stencia del ancla es un a que se utilizaron para (? Ura las rocas arenisca, carbón y yeso con h* „ ° 0n lUeron- granito, caliza individuales. La - a s 200

íeces mayor * “ ia ^ «po »e cán;c;

Paso 2 (marta los cartuchos da ’’saína an ¡os sgujsf°3' frisarte un obtura-, 'do r (tapón) para sostener ios cartuchos en eí agufero.

0 Recom endaciones p a ra

„

Los pasos para la instalación h» en la figIIra 3 . , o [39,: p e rf6 rese „

-

¿

de ^

^

C

S

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S T 320T era de Figura

3.11

C a p a c i d a d d e s o p o r t e d e u n p e r n o c o n r e s in a ¡

2 ],

S

PERNOS Y ANCLAJE ARMADO TiPOS DE LOS PERNOS OE ANCLAJE 125 P r e n d i m i e n t o p 3 f a ¡ n n a i a r p e r n o s c a n r ss ¡ n a

Paso 1 Perfora un agujero de u n a p u l g a d a ( 1 ") da diámetro a-la pro fandldad desearía

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Los pasos para la instalación h» en la figIIra 3 . , o [39,: p e rf6 rese „

deb,les «Quieren más resina para ^ £s que las rocas más r es a la s q u e s e a lc a nz an e n la s r o c a ^ T T ' ™ “ “ 5 * a nc ia je si m i kf '1Perno « n adherencia influy? T O SeS“ndo, la longitud £ 7f r 3.9 P r o p o r c i o n é anclaje de, pe rn o. 1371, los cuales muestran la inKffelarií / y de WoodfcM ■«luta do s indican generalmente oue la r« , Farámetros- Sus ncion lineal de ia longitud de aAh S3Stencia del ancla es un a que se utilizaron para (? Ura las rocas arenisca, carbón y yeso con h* „ ° 0n lUeron- granito, caliza individuales. La - a s 200

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PERNOS Y ANC LAJE ARMADO

3.11

C a p a c i d a d d e s o p o r t e d e u n p e r n o c o n r e s in a ¡

2 ],


12 7

cfios, luego coloqúe se el perno , gírese éste para que se impregne total mente con la mezcla, y aplique la presión durante 20 ó 30 segundos con la máquina adecuada [29, página 159]. ^La capacidad de apoyo o resistencia a la carga de un perno con resina se puede calcular como se observa en la figura 3 11 y escribir como sigue:

■Rmáx ~ o a F  t U I

T* —

4

,-j

,

(3.8)

4

U ~ Trd

r _ 0 .2 5 —

{3.9}

en donde R máx “ Capacidad de apoyo del perno, en kilogramos. - Resistencia en-el límite elástico (pun to de fluencia) del acero del perno, en kilogramos po r centíme tro cuadrado. r  Area de perno, en centímetros cuadrados. d - Diámetro deí perno, en centímetros. 'n t  Adherencia entre la resina y el perno, en kilogramos por centímetro cuadrado. U — Circunferencia del perno en centímetros. I — Longitud dei perno, en centímetros. Tómese ia resistencia a la fluencia del acero del perno como 2,00 0 kg /cm -, el diámetro de 2-5 cm y la longitud de 200 cm. Entonces, la adherencia e ntre la resina y el acero, así com o la capacidad de sooorte de carga del perno se calculan como sisue: _ _ m - v 20 00 X 2.5 , 0. __ X — - 6 . 2 5 k g /c m 2 -

t ü I

= 6.25 X 2.5 7r X 200

= 9312.5 ks

3.2.5

Perno s de anclaje de "madera k

Los pernos de madera, que se sostienen en su lugar por medio de una columna de resina, se utilizan en el sistema de anclaje para refor zar las superficies (paredes) de carbón agrietadas, las nervaduras dei carbón y ele me ntos similares. Un uso típico se ve en !a figura 3 .12 [44, 2, página 504]. En ía frente, se perforan barrenos hasta de 16 m de longitud, y se colocan pernos de madera de 56 mm de diámetro. Un tubo de plásti co de 10 mm tamcien se coloca para ex ¿raer ei aire deí agujero duran-

PERNOS Y ANC LAJE ARMADO


12 7

cfios, luego coloqúe se el perno , gírese éste para que se impregne total mente con la mezcla, y aplique la presión durante 20 ó 30 segundos con la máquina adecuada [29, página 159]. ^La capacidad de apoyo o resistencia a la carga de un perno con resina se puede calcular como se observa en la figura 3 11 y escribir como sigue:

■Rmáx ~ o a F  t U I

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R máx “ Capacidad de apoyo del perno, en kilogramos. - Resistencia en-el límite elástico (pun to de fluencia) del acero del perno, en kilogramos po r centíme tro cuadrado. r  Area de perno, en centímetros cuadrados. d - Diámetro deí perno, en centímetros. 'n t  Adherencia entre la resina y el perno, en kilogramos por centímetro cuadrado. U — Circunferencia del perno en centímetros. I — Longitud dei perno, en centímetros. Tómese ia resistencia a la fluencia del acero del perno como 2,00 0 kg /cm -, el diámetro de 2-5 cm y la longitud de 200 cm. Entonces, la adherencia e ntre la resina y el acero, así com o la capacidad de sooorte de carga del perno se calculan como sisue:

3.2.5

Los pernos de madera, que se sostienen en su lugar por medio de una columna de resina, se utilizan en el sistema de anclaje para refor zar las superficies (paredes) de carbón agrietadas, las nervaduras dei carbón y ele me ntos similares. Un uso típico se ve en !a figura 3 .12 [44, 2, página 504]. En ía frente, se perforan barrenos hasta de 16 m de longitud, y se colocan pernos de madera de 56 mm de diámetro. Un tubo de plásti co de 10 mm tamcien se coloca para ex ¿raer ei aire deí agujero duran-

_ _ m - v 20 00 X 2.5 , 0. __ X — - 6 . 2 5 k g /c m 2 -

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= 9312.5 ks

128

PERNOS Y ANCl AJE ARMADO

TIPOS DE LOS PERNOS OS ANCLAJE 129

te la inyección. La boca del barreno se mantiene cerrada por medio de uíi tapun; y la resina se inyecta mediante una bomba cuya presión varia de 14 a 21 kg/cm 2, como se ve en la figura. Dichos pernos incrementan la estabilidad del terreno débil y la seguridad en las frentes mecanizadas. Los pernos no causan ninnin inconveniente, pue s las máq uinas d e extracc ión de minerales pueden cortarlos con facilidad. 3.2.6

Perno s de anclaje de "madera k

tío dPe T m IÍ s° eSC° " °bn'ene P°r medí° d£ medící°nes * ^

¿en

- Uñ tíPÍC° d£ PUieba se rniiestra ^ 3a figura 3.13 [38 9 pag ina ! C.0ino3f ve en ia el perno 2) se saca por medio de un Dato h idráulico 3) y el desplazamiento se mide con un exte nsóm -

Pruebas de los perno s de.anclaje

La capacidad de soporte (d e anclad o o anclaje) es un factor im po rt an te en el dis eñ o de pe rn os . Es la car ga que pu ed en so ste ne r si n deformación apreciable. Esta capacidad depende de las condiciones del techo (resistencia de la roca, grietas o fisuras, etc.), de las condi ciones atmosféricas (temperatura, humedad relativa), del tino de per no de anclaje (mecánico, con lech ada de cemento, con resina* etc.) del método de anclaje del perno y, finalmente, de la resistencia del acero

F5SW3 3'3 4 Caract3ri'sticas de * relación carga-deform ación [ 2, 33].

lr °r 4)' o aiSr£330f qUe SJ*erCe una b-pmba manual 6) se lee en el manó  metro .). El resultado déla prueba se aprecia en la figura 3.14 (38) Esta relación, como se indica en la figura 3'. 14, es lineal y se com po ne de dos pa rte s. No ex ist e ex ten sió n ai ‘empe zar , au nq ue se aplim l i^ T ^ T Z0 1}' E St° 36 SXpÜCa po r eí hecil° de q«e ia ca r-a apurada aun no llega ai perno. Después del punto 2, la deformación meal se increm enta (sección 2.3), y k capacidad de anclaje se pierde

F.gura 3.13 Pruebas in siiu de ios pernos de anclaje [2, 38 j.

m

u e s t l ^ T ^

i

,

andaje pa^ na jl4 j. Puede ^verse que *el

128

PERNOS Y ANCl AJE ARMADO

TIPOS DE LOS PERNOS OS ANCLAJE 129

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- Uñ tíPÍC° d£ PUieba se rniiestra ^ 3a figura 3.13 [38 9 pag ina ! C.0ino3f ve en ia el perno 2) se saca por medio de un Dato h idráulico 3) y el desplazamiento se mide con un exte nsóm -

Pruebas de los perno s de.anclaje

La capacidad de soporte (d e anclad o o anclaje) es un factor im po rt an te en el dis eñ o de pe rn os . Es la car ga que pu ed en so ste ne r si n deformación apreciable. Esta capacidad depende de las condiciones del techo (resistencia de la roca, grietas o fisuras, etc.), de las condi ciones atmosféricas (temperatura, humedad relativa), del tino de per no de anclaje (mecánico, con lech ada de cemento, con resina* etc.) del método de anclaje del perno y, finalmente, de la resistencia del acero

F5SW3 3'3 4 Caract3ri'sticas de * relación carga-deform ación [ 2, 33].

lr °r 4)' o aiSr£330f qUe SJ*erCe una b-pmba manual 6) se lee en el manó  metro .). El resultado déla prueba se aprecia en la figura 3.14 (38) Esta relación, como se indica en la figura 3'. 14, es lineal y se com po ne de dos pa rte s. No ex ist e ex ten sió n ai ‘empe zar , au nq ue se aplim l i^ T ^ T Z0 1}' E St° 36 SXpÜCa po r eí hecil° de q«e ia ca r-a apurada aun no llega ai perno. Después del punto 2, la deformación meal se increm enta (sección 2.3), y k capacidad de anclaje se pierde

F.gura 3.13 Pruebas in siiu de ios pernos de anclaje [2, 38 j.

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OiSSNQ 05 LOS PefiNOS OE ANCLAJC

131

DesplP23rn¡oii:o ¡,n¡n!

Figura 3.1 ó Carga ad misible en ios perno s en función de la calidad c e

El factor "roca del techo” se indica claramente en ia Figura 5.1¿ pa ra pe rno s co n co nc ha de ex pa ns ión anc lad os en dif ere nte s tlo cs de rocas f 17, página 659], Las rocas más fuertes tienen mayor capacidad de anciaie.

3.3 - ¡ g u r a 3 . 1 5 c a p a c i d a d d e i J i c i a j e d s d i r j r s r . c e s p a m e s { Z.

39',

P« ™ coa. resina de 25 mm de diám etro, ! í muestra la más aíra caPa4 t a 4 n ? ° r° Ue_carga' tntra !os "emos de 19 -^ra, los que llevan x “ ueneii l2S CUiV'as con raás pen dien te B, C) . Los pernos m-cmi.es tienen resultados poco adecuados £ G), y el tipo de perno d-'

¿

^ cu na

r

¡ í:! si p eor .

DISEÑO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

3.3.1

Estab ilidad de ios bloques anclados

Supóngase que u n bloqu e se genera por medio de dos cuaneaduras ¡;c grietas) en e i lado de un socavón (.o túnel) y con un ángulo a con la horizontal (figura 3.17), El peso de tal bloque es P. Si la fuerza cor tan te a lo largo de 1a superficie agrietad a excede ala fuerza de fricción, ei bloque se mueve y, sobreviene su colapso o hundimiento. ~ P sen

o : .y

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OiSSNQ 05 LOS PefiNOS OE ANCLAJC

131

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Figura 3.1 ó Carga ad misible en ios perno s en función de la calidad c e

El factor "roca del techo” se indica claramente en ia Figura 5.1¿ pa ra pe rno s co n co nc ha de ex pa ns ión anc lad os en dif ere nte s tlo cs de rocas f 17, página 659], Las rocas más fuertes tienen mayor capacidad de anciaie.

3.3 - ¡ g u r a 3 . 1 5 c a p a c i d a d d e i J i c i a j e d s d i r j r s r . c e s p a m e s { Z.

3.3.1

39',

P« ™ coa. resina de 25 mm de diám etro, ! í muestra la más aíra caPa4 t a 4 n ? ° r° Ue_carga' tntra !os "emos de 19 -^ra, los que llevan x “ ueneii l2S CUiV'as con raás pen dien te B, C) . Los pernos m-cmi.es tienen resultados poco adecuados £ G), y el tipo de perno d-'

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PERNOS Y ANCLAJE ARMADO'-

Estab ilidad de ios bloques anclados

Supóngase que u n bloqu e se genera por medio de dos cuaneaduras ¡;c grietas) en e i lado de un socavón (.o túnel) y con un ángulo a con la horizontal (figura 3.17), El peso de tal bloque es P. Si la fuerza cor tan te a lo largo de 1a superficie agrietad a excede ala fuerza de fricción, ei bloque se mueve y, sobreviene su colapso o hundimiento.

¡ í:! si p eor .

132

DISEÑO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

o : .y

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P e o s a

DISEÑO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE 133

se tiene que ^ =

“ “ T í d d W o ^ e s e pa ra d o p o r ¡a s s u p er f ic i e a er ie tadas, en kilogramos. « ~ Angulo de la grieta con la horizontal, en grados P ^ Angulo del perno c on la horizontal, en grados V __ Angulo de fricción en la superficie de la grieta, en .rados R , ~ F ue rz a d e fr ic ció n, e n k ilo gra mos. * ’ n " raGOScn _ fue rza axial que se da al perno, en kilogramos. n  Fac tor de seguridad.

Figura 3.17 Capacidad de soporte de los pernos de anclaje [2],

(3.12)

P s > '7 a

(3.13)

Pi ~ P C eos 7 = jpü eos (a + (3) R 2 = P c spn 7 tan

- Pc SSn (a + ¡3) tan

2 R = R s + R i +R i T* Ta

(3-14) (3.1-5) (3.16)

= Ü 1QS g tan ¥>+ -fe [eos (g + 0) + sen (a + 8) tan y] (3.17) i3sen a o =

Qt sen a  eos g tan y?) P eos (ar ¡3) + sen (a + 0) tan y

^

=

^

* ° P° nen “

F w a a qUe

en kilo-

de ,a grieta debid-

!

e! movim iciao, en kilogramos.

2 “ C3.1I)

 P eos a tan \p

= gr“

T‘

ib)

R s = N a tan
^

(3.18)

con S “ “ ’ <•« — que forman ángulos a - 6 0* v r a^ qUe se?!aracÍG P° r grietas un túnel c u y / Z m l ~ ¡ / J Z T ? de 3 Io * * ° de de la grieta es «, = 75 ° „ ú V ™ IÓn en ia suPerficie zontal es „ = 30a. £a ^ t T r mu erto del bloqu e es el siguien te:

^

t T

l

5 ? 0^ '

* £ ^ ’ E1 peS0

P = j ¿ 2 s e n a e os a X 1 X 7 = í (1.5 m)- X 1 m X senóGcos 60 X 2.5 ton/m3= 1.22 ton Pc =

Seíi »0° ~ eos 60° tan 25°) j, 22 0 -r 0.466

-3.92 ton

d a d ^ s^ b ^ o q u e T n ^s u ^ ^ a ^ E j^ o q li e ^ e â ^ á ^ una fuerza axial inferior.

“

^ ^ un pern0 c0!!

132

PERNOS Y ANCLAJE ARMADO'-

DISEÑO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE 133

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Figura 3.17 Capacidad de soporte de los pernos de anclaje [2],

(3.12)

P s > '7 a

(3.13)

Pi ~ P C eos 7 = jpü eos (a + (3) R 2 = P c spn 7 tan

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Seíi »0° ~ eos 60° tan 25°) j, 22 0 -r 0.466

-3.92 ton

d a d ^ s^ b ^ o q u e T n ^s u ^ ^ a ^ E j^ o q li e ^ e â ^ á ^ una fuerza axial inferior.

(3.18)

PSRNOS V ANCLAJE ARMADO

3.3.2

de ,a grieta debid-

e! movim iciao, en kilogramos.

= í (1.5 m)- X 1 m X senóGcos 60 X 2.5 ton/m3-

(3.16)

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= Ü 1QS g tan ¥>+ -fe [eos (g + 0) + sen (a + 8) tan y] (3.17) i3sen a o =

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^ ^ un pern0 c0!!

- SHÑC GE -OS FcRXCS De ANCLAIS

Le ntitud de los pernos

•3.J.-

Según los investigadores [40. 41], h longitud de los pernos / de be rá ser más gr an de qu e la al tu ra de l do m o qu e se sep ara de l tec ho pr inc ipa l. Si la an ch ur a de l so ca vó n (o tú ne l) es L, estas longitudes son las siguientes:

“

Ldámetro de los pernos

r.[ =Jjáiiicrr;' ue ios pernos se calcula seaún la fatiga de fluencia de f.Cel'C. ^fiirís ~

Techos fuertes

/=

L

(3.19)

Techos débiles

/ = f L

(3.20}

Para techos muy tuertes en donde el empernado se hace para derener U fraci-ummienfo de la roca, la longitud es / = 1 ni, como mínimo. 3.3,3

£spada miento de los pernos

El espac;amiento de los pernos está relacionado muy estrechamen te con la longitud de los mismos. S^gún las investigaciones fotoelásticas de Coates y Cochrane (42j. el espaciamienro deberá ser como sigue:

í;'

{--.-4

•;í donde ■‘"•Mix = Capíicidô m áxim a de - co or te dei pe rne íen te nsión . ¡..i kilogramos-. -*r'- - Fii.’ma u;c¡a¡ pe rm itida e n ei pern o, en kilogra mos. •; = Fa cto r vie ¿egu ridad, de 2 a c. = Esfuerzo cr, el límite elástico ¡punto cedente) dei acero, en kiioe:a:r.cs entre centímetro cuadrada. = Àrea dei perno, en cen:í¡ne;roi cuadrados. a  Diametro dei perno, en omiímetros-. ¿ixura ; o muescru ;a capac idau ue se porte de carea de ios cernes ue anc.aje con un :aet-.:r ue segunuad de d para aceros de resitencia

b=\l=^l } = b 27 Wx

(3.21) (3.22)

en donde b L I ^ mix

= Espariamiento de los pernos, en metros. • —Anchura deí socavón, en metros. — Longitud del perno,, en metros. ~ Capacidad máxima de soporte de carga delce mo ;íafuer _ za re su lta nt e .en e l l ím ite el ás tic o de l ace ro; en me tro s. f —Densidad de la roca, en toneladas entre metro cúbico,

SI h adherencia del perno es men or que 0,5 del esfuerzo del acero, la separación se deberá tomar com o la mitad de este valor [43 ].

Diàmetro d ¿el pcr.-io !c:ni

2

7 ¿ g ; ; - a 3 . 1 3 C a s . - . e i í i a d e s <Í s o p o r t a d a i o ¿ p e r n o s d e a n e l a l i ( 2 ! .

PSRNOS V ANCLAJE ARMADO

3.3.2

- SHÑC GE -OS FcRXCS De ANCLAIS

Le ntitud de los pernos

•3.J.-

Según los investigadores [40. 41], h longitud de los pernos / de be rá ser más gr an de qu e la al tu ra de l do m o qu e se sep ara de l tec ho pr inc ipa l. Si la an ch ur a de l so ca vó n (o tú ne l) es L, estas longitudes son las siguientes:

Ldámetro de los pernos

r.[ =Jjáiiicrr;' ue ios pernos se calcula seaún la fatiga de fluencia de f.Cel'C. ^fiirís ~

Techos fuertes

/=

L

(3.19)

Techos débiles

/ = f L

(3.20}

Para techos muy tuertes en donde el empernado se hace para derener U fraci-ummienfo de la roca, la longitud es / = 1 ni, como mínimo. 3.3,3

£spada miento de los pernos

El espac;amiento de los pernos está relacionado muy estrechamen te con la longitud de los mismos. S^gún las investigaciones fotoelásticas de Coates y Cochrane (42j. el espaciamienro deberá ser como sigue:

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{--.-4

•;í donde ■‘"•Mix = Capíicidô m áxim a de - co or te dei pe rne íen te nsión . ¡..i kilogramos-. -*r'- - Fii.’ma u;c¡a¡ pe rm itida e n ei pern o, en kilogra mos. •; = Fa cto r vie ¿egu ridad, de 2 a c. = Esfuerzo cr, el límite elástico ¡punto cedente) dei acero, en kiioe:a:r.cs entre centímetro cuadrada. = Àrea dei perno, en cen:í¡ne;roi cuadrados. a  Diametro dei perno, en omiímetros-. ¿ixura ; o muescru ;a capac idau ue se porte de carea de ios cernes ue anc.aje con un :aet-.:r ue segunuad de d para aceros de resitencia

b=\l=^l

(3.21)

} = b 27 Wx

(3.22)

en donde b L I ^ mix

= Espariamiento de los pernos, en metros. • —Anchura deí socavón, en metros. — Longitud del perno,, en metros. ~ Capacidad máxima de soporte de carga delce mo ;íafuer _ za re su lta nt e .en e l l ím ite el ás tic o de l ace ro; en me tro s. f —Densidad de la roca, en toneladas entre metro cúbico,

SI h adherencia del perno es men or que 0,5 del esfuerzo del acero, la separación se deberá tomar com o la mitad de este valor [43 ].


Diàmetro d ¿el pcr.-io !c:ni

2

7 ¿ g ; ; - a 3 . 1 3 C a s . - . e i í i a d e s <Í s o p o r t a d a i o ¿ p e r n o s d e a n e l a l i ( 2 ! .

DISEÑO DE LOS PERNOS' DE ANCLAJE 137

y « • » « » son 30 , 3 ?y 640Lm m * S p l X S e m e ° S P " * * 3.3.5

f

Densidad de los pe m os y

-

-

fractu rado s e ina decuados se m c n J n ta “ ^

n™ ^

3.3.6

“ d en sid ad 11. *

^

*' ^

Ejemplo numérico

i-os criterios anteriores para el diV™ h» .a un ejemplo numérico La fíim™ 3 'ig ~ pe m f y éstos son ios siguientes [2, página 52 8] ” Anchura del túnel Condiciones del techo Roca del techo Hspesor del techo inmediato Densidad dei techo inmediato Distancia entre las hileras de pernos

se pueden aplicar dat° S disí,0!’ibte

-i=3m fracturado carbón de piedra * = 1.75m 7 = 2.5 ton/m3 c = Im

U lonSitud, según la ecuación (3.21) es:

/ = f = | = I. 5 m

Principal, la longitud0 de be rí Entonces, la longitud es:

F i g u r a 3 . 1 9 D i s e ñ o d e l o s p e n i o s d e a n c l a j e [2 ] ,

i “* ^ * Separa ce dei £e<*° espeso r po r lo menos 0.5

/  'h + 0.5 = 1.75 -f- 0,5 = 2.25 m

(3.25)


DISEÑO DE LOS PERNOS' DE ANCLAJE 137

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Ejemplo numérico

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se pueden aplicar dat° S disí,0!’ibte

-i=3m fracturado carbón de piedra * = 1.75m 7 = 2.5 ton/m3 c = Im

U lonSitud, según la ecuación (3.21) es:

/ = f = | = I. 5 m

Principal, la longitud0 de be rí Entonces, la longitud es:

F i g u r a 3 . 1 9 D i s e ñ o d e l o s p e n i o s d e a n c l a j e [2 ] ,

i “* ^ * Separa ce dei £e<*° espeso r po r lo menos 0.5

/  'h + 0.5 = 1.75 -f- 0,5 = 2.25 m

(3.25)

PSRKGS Y AKCLAJE ARMADO

SS5*?.' tom an per nos crm = t c . . . ^ . . * •-•J ui¡ a-¿- resi sten cia 3 / (a = i 4nn sKc/un ; con un factor de seguridad « = 2 : ’ ~

í

'APLICACIÓN OS LOS PERNOS OS AN CtA JS

" f I ’ I

S ¿ - 3 -4

a p l ic a c i ó n d e l o s p e r n o s d e a n c l a j e

Los pernos de anclaje se utilizan con mucha frecuencia para sostener galerías principales d e extracción y ventilación en ios laboríos de sa lones y pilares, así c omo en los cañones de entrada délas frentes lar gas, ocasionalmente, se usan en las mismas frentes largas, en el avance de túneles y en ios rebajes de las minas metálicas.

m = -^-mX L75 mX 1 fin, x 2. 5 íon/m3 X 0 /S5 X 24,000 ton/m2 X (0.02 5í-2 nr 2 -3

3.4.1 La densidad de los pernos m 0 se calcula como con signe: 'áj

m

m.

Le

3X 1

^

3S

Gale nas de extracción y ventilación

Los pernos de anclaje se utilizan con mayor ventaja en ias gaierías de las labores de salones y pilares. En ios Estados Unidos, los pernos-se colocan a intervalos de 1.2 m. Dos ejemplos se muestran en la fisura

u na P ie2 £ p o r m e ir o cuadrado

El espaciarme n£o de los pern os se determina* 1= 1-= = : r¡.0 m— ¡£ z :

e

b~2s

J f T Ï' p: ).0' :rj £>. i ¿

sima c o n si g u e ? 31”^ l0ngltud deI perno con respecto a la carga, má-

¡F T vi 0.75 i

0. /35 ac d = 0.785 X 24000 X (0.025)i 1.775 ton R ■ •'max ' -

b ' 1

Ü .775 f o n (1.0J=

Dad o que.la longitu d re-1' / = o oc « gitud resulta bastante «gura. " ^

X 2 .5 t o " ^

- 4 '7 1

«

•Î-.2íti >■■■«-Î.2 m ■>{<■1.2 m S>~<- Î.2 m -s*«? r.2 m

1.2 m •>— • " i . 2 m * » •

Roca arcillosa ;

1 .2

-8.8 mpeql'e™ qUe 4J¡ '*• h i o n Figura 3.20 Anclaje en ¡os saicnes con püarss [2, 44}.

«

PSRKGS Y AKCLAJE ARMADO

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'APLICACIÓN OS LOS PERNOS OS AN CtA JS

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S ¿ - 3 -4

a p l ic a c i ó n d e l o s p e r n o s d e a n c l a j e

Los pernos de anclaje se utilizan con mucha frecuencia para sostener galerías principales d e extracción y ventilación en ios laboríos de sa lones y pilares, así c omo en los cañones de entrada délas frentes lar gas, ocasionalmente, se usan en las mismas frentes largas, en el avance de túneles y en ios rebajes de las minas metálicas.

m = -^-mX L75 mX 1 fin, x 2. 5 íon/m3 X 0 /S5 X 24,000 ton/m2 X (0.02 5í-2 nr 2 -3

3.4.1 La densidad de los pernos m 0 se calcula como con signe:

Le

3X 1

^

Gale nas de extracción y ventilación

Los pernos de anclaje se utilizan con mayor ventaja en ias gaierías de las labores de salones y pilares. En ios Estados Unidos, los pernos-se colocan a intervalos de 1.2 m. Dos ejemplos se muestran en la fisura

'áj

m

m.

3S

u na P ie2 £ p o r m e ir o cuadrado

El espaciarme n£o de los pern os se determina* 1= 1-= = : r¡.0 m— ¡£ z :

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sima c o n si g u e ? 31”^ l0ngltud deI perno con respecto a la carga, má-

¡F T vi 0.75 i

0. /35 ac d = 0.785 X 24000 X (0.025)i 1.775 ton R ■ •'max ' -

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Roca arcillosa ;

1 .2

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Dad o que.la longitu d re-1' / = o oc « gitud resulta bastante «gura. " ^

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PERNOS Y ANCLAJE ARMADO a

Q

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a

a

Leyenda: ° Perno normal 0.3 m más pr of un do

y pilares f 2, 4 4 ^ ^ ^

APLICACIÓN DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

i

Sección de/ manto Arenisca Lujita 4-S m Carbón 1. 4 a T.5 m

3 20: u no que sostiene unidus ios estratos lutíticos del techu y ei otro qae sostiene el manto de carbón del techo de lutita. _ n las in te rse cc io ne s de las ob ras min era s, en do nd e el cla ro es

3.4.2

Cañones de entrada de las frentes largas

En la figura 3.22 [39, 2] se señalan los usos de los pernos con resina n can on de en irada de las minas carbon íferas británicas. Como se

f f it e n e c a <“ « * l as e xc a va c io n e s d e l s is t em a d e s aJ o-

5¿ I

14 1

2 E mFen,ad° Sn Í0S Cañ° - S de « in d a a las labores de !as fteates fa,

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APLICACIÓN DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

14 1

3 20: u no que sostiene unidus ios estratos lutíticos del techu y ei otro qae sostiene el manto de carbón del techo de lutita. _ n las in te rse cc io ne s de las ob ras min era s, en do nd e el cla ro es

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3.4.2

Sección de/ manto Arenisca Lujita 4-S m Carbón 1. 4 a T.5 m

Cañones de entrada de las frentes largas

En la figura 3.22 [39, 2] se señalan los usos de los pernos con resina n can on de en irada de las minas carbon íferas británicas. Como se

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2 E mFen,ad° Sn Í0S Cañ° - S de « in d a a las labores de !as fteates fa,

I

142 • -¡Sgfe'.

PERNOS Y AS C1 4JE ARMADO

Indica en 3a figura, el techo del cañón se sostiene en vj. I¿:gar p or me*o e cuaíio perno s con resina, que se man tienen úrdeos oor medio de una barra en U, figura 3.22a. Los pernos tienen L63 m d e l a t o Un perno de madera se coloca también sobre el ma nto d e carbón, pe ro en la labia o casulla del cañón. La convergencia J v los ca ñones se mués ra en figura 3.22c, en donde la convergencia de 1.5 m dis minuyo a 0.2s m con el anclaje del techo. El control áe techo se in- w em enta con el uso de pe rnos de anclaje [39].

APLICACÍÓN OS LOS FSRNOS D5 ANCLAJE

14 3

Una aplicación interesante es el uso de pernos de anclaje de ma dera en el piso para contrarrestar su hinchazón, como se ilustra en la figura 3.23 [45, 2, página 535]. Los pernos con resina reducen ia hin chazón de un modo notable cuando se colocan tanto en posición ver tica l^ en un ángulo de 45” para reforzar la roca del piso. Este sistema eliminó la alteración de los arcos que se utilizaba anteriorme nte. 3.4.3

Frentes largas

La figura 3.24 muestra muchas aplicaciones de ios pernos de madera en las frentes largas [39, 2, página 538J. La figura 3.24a muestra per nos de m adera de 4 a 5 m para reforzar un manto débil, pero poten te. La figura 3.24¿> ilustra el afianzamiento en una zona de falla en la frente larga por medio de pernos de madera de 15 m con cementa ción de resina. En la figura 3.24c se indican algunos pernos de made ra que se introdujeron en el techo para afianzar las fracturas que se pr od uj er on baj o un pil ar de jad o ab an do na do en el m an to sup eri or. Tales pilares pequeños, abandonados, están bajo altas presiones de emp otram iento que causan..fracturas en el techo y en las rocas del pi so. Es eos pem os de madera no causan ningún problema durante ¡a extracción mecánica del carbón.

Pomo da msdsra

\

(al ■

Pailas

j/'.'X’í'*: r

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í'.-gura 3.2C- .Anclaje de! piso pa ra dism inuir su h inchazó n

45?.

(*) F i - j ii r a 3 . 2 - A n c l a j e d e a : ¡ u J ;r a q u e

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e s i s j f r e n t e s ia r ^ a s

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142 • -¡Sgfe'.

PERNOS Y AS C1 4JE ARMADO

Indica en 3a figura, el techo del cañón se sostiene en vj. I¿:gar p or me*o e cuaíio perno s con resina, que se man tienen úrdeos oor medio de una barra en U, figura 3.22a. Los pernos tienen L63 m d e l a t o Un perno de madera se coloca también sobre el ma nto d e carbón, pe ro en la labia o casulla del cañón. La convergencia J v los ca ñones se mués ra en figura 3.22c, en donde la convergencia de 1.5 m dis minuyo a 0.2s m con el anclaje del techo. El control áe techo se in- w em enta con el uso de pe rnos de anclaje [39].

APLICACÍÓN OS LOS FSRNOS D5 ANCLAJE

14 3

Una aplicación interesante es el uso de pernos de anclaje de ma dera en el piso para contrarrestar su hinchazón, como se ilustra en la figura 3.23 [45, 2, página 535]. Los pernos con resina reducen ia hin chazón de un modo notable cuando se colocan tanto en posición ver tica l^ en un ángulo de 45” para reforzar la roca del piso. Este sistema eliminó la alteración de los arcos que se utilizaba anteriorme nte. 3.4.3

Frentes largas

La figura 3.24 muestra muchas aplicaciones de ios pernos de madera en las frentes largas [39, 2, página 538J. La figura 3.24a muestra per nos de m adera de 4 a 5 m para reforzar un manto débil, pero poten te. La figura 3.24¿> ilustra el afianzamiento en una zona de falla en la frente larga por medio de pernos de madera de 15 m con cementa ción de resina. En la figura 3.24c se indican algunos pernos de made ra que se introdujeron en el techo para afianzar las fracturas que se pr od uj er on baj o un pil ar de jad o ab an do na do en el m an to sup eri or. Tales pilares pequeños, abandonados, están bajo altas presiones de emp otram iento que causan..fracturas en el techo y en las rocas del pi so. Es eos pem os de madera no causan ningún problema durante ¡a extracción mecánica del carbón.

Pomo da msdsra

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í'.-gura 3.2C- .Anclaje de! piso pa ra dism inuir su h inchazó n

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(*) F i - j ii r a 3 . 2 - A n c l a j e d e a : ¡ u J ;r a q u e

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'144 PERNOS Y ANCLAJE ARMADO

APLICACIÓN DE LOS PERNOS OE ANCLAJE 145

v y V y v\ X

^

T

Figura 3.24 (Continuación);

34.4

Minas de me tal

X h perfbran y se deiM * — caídas peligrosas del techo Para eli m ^ ^ ^ tiempo y ocasionar cho y de IaS tablas del caHón d a t ? ™ ' T **&**&«>«> del te t e s at is fa ct or io s ( fi gu ra 3 . 25 ) ? P d a r r 8s uI ía do s b as ta n-

FlgU” '3,25 AnCÍSÍe COatra 31 ^ tu n u n ie n to de Jas rocas f2j.

£ n ” l « ] ? Aj’ d“, e ^

* '*“* l0CSÍ¡Zada “ k

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APLICACIÓN DE LOS PERNOS OE ANCLAJE 145

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146

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PERNOS Y ANCLAJE ARMADO a n c l a j e a r m a d o

'm í a ! r T ' especiata“ ts de “ rte y relleno hidráulico, el resr h ° P, “ede ser sostenido por pernos de anclaje que eliminan de rmmbes y diluoones del mineral, figura 3.26 [46, 2, página 540f El empernad o de una zona de falla se ilustra en la figura 3 27 en donde se eterno la deformación de la pieza lateral del arco usando vucho procedimiento [46, 2, página 541J.

3.5

VENTAJAS DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

^ c m T o te T / nClaJe C° n como Pem °sigue: S en ielaCÍÓn COn o£ros sis£e^ aaemado seSn pueden resumir

de

1. Los pernos se pueden colocar tan pronto como se haaa la exca vación, antes de que se presenten deformaciones apreciabas ts t es el factor mas importan te en el anclaje con pernos, puesto que ayuda en el control del techo y a aumentar la seg ur ad Las on^ s de choqu e de las explosiones no afectan los pernos especialmente, los pernos con resina. ’ 3. N o ex ist en postes, largueros- y e lementos estructurales seme ja n te s q u e ob str uy an los ca ño ne s. El eq ui po de ac arr eo pu ed e talmente aTería"

^

4'™

147

habían desplazado a tod os los otros tipos debido a su còsto más bajo. Sin embargo, en donde el terreno es pesado, los anclajes armados s'on el remedio para sostener rocas que de otro modo sólo se sostendrían po r me dio de ad em es de ma de ra [4 9 ], Es un hecho muy. bien conocido que las excavaciones con el tedio plano desarrollan zonas de tensión en el mismo techo. Como los anclajes arm ados po nen su esfuerzo en el tecleo, se eliminan estas zo ñas de tensión. La vista general de un anclaje armado se muestra en la figura 3,28 [49]. Consiste de un sistema de anclaje (resina, de preferencia) en dos puntos,^ un a va rilla o ba rr a de co ne xió n, un te ns or par a d ar la ten sió n conveniente a la varilla, bloques de apoyo y una .chumacera de cuña pa ra ajus te.

tr“ SVmaI Se raa”tí“ e t0-

0 p aso dei a,re 53 baja: p or ,o

-

5 ' y a cc esn Wo ^ ^ n atU ra fe S ^ C° ‘8¡!r de eDos tu ber ías 6 El fracn parecldoj ’ d^ ando e í P * ° Ubre para el tránsito. ' Jad o m í ? ° Y desprendimi“ t0 ^ la roca se reduce a tal £

techo

¡I,Uye

dflUCÍ6n d* C'lrbÓ" de Ia rora « «

7. Elânclaje es más económ ico q ue o ttos sistemas de ademe En ca Tl yy toarata a “ t o del anclaje e n ',d ° n dese muc h mho a d emenos ra “ ° costoso, “ ° b t ie nve no e n fexiste 0 ™ a un f ádesemoolso de capital para arcos de acero en los ¿añone! 3-6 3 -6.1

ANCLAJE ARMADO

Principio e historia del anclaje armado Y k Paísme de Whiíe m j. -U . P -m os co n re sm a de co lum na com ple ta

3.6.2

Diseño del anclaje armado

La figura 3 .29^proporciona los detalles de un anclaje armado [50], en aonde la tensión P en la varilla la proporciona el tensor T. Las reac ciones R 2 se forman a través de bloque CD (2a X b). y las reacciones K i se forman por el contacto co n la boca del‘barreno. Al resolver las fuerzas a lo largo de la dirección de T y peruendicu1ármen te a ella, y si se toma n m omen tos con respecto ai punto B se tiene que: T  ¡¿R2 ~ R \ sen ce - P eos o: = 0 R i + R í eos a - P sen a = 0 R 2(a + 0 + >j.R2 ó  T b ~ 0

(3,28) (3.29) (3.30)

146

PERNOS Y ANCLAJE ARMADO a n c l a j e a r m a d o

'm í a ! r T ' especiata“ ts de “ rte y relleno hidráulico, el resr h ° P, “ede ser sostenido por pernos de anclaje que eliminan de rmmbes y diluoones del mineral, figura 3.26 [46, 2, página 540f El empernad o de una zona de falla se ilustra en la figura 3 27 en donde se eterno la deformación de la pieza lateral del arco usando vucho procedimiento [46, 2, página 541J.

3.5

VENTAJAS DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

^ c m T o te T / nClaJe C° n como Pem °sigue: S en ielaCÍÓn COn o£ros sis£e^ aaemado seSn pueden resumir

de

1. Los pernos se pueden colocar tan pronto como se haaa la exca vación, antes de que se presenten deformaciones apreciabas ts t es el factor mas importan te en el anclaje con pernos, puesto que ayuda en el control del techo y a aumentar la seg ur ad Las on^ s de choqu e de las explosiones no afectan los pernos especialmente, los pernos con resina. ’ 3. N o ex ist en postes, largueros- y e lementos estructurales seme ja n te s q u e ob str uy an los ca ño ne s. El eq ui po de ac arr eo pu ed e talmente aTería"

^

4'™

147

habían desplazado a tod os los otros tipos debido a su còsto más bajo. Sin embargo, en donde el terreno es pesado, los anclajes armados s'on el remedio para sostener rocas que de otro modo sólo se sostendrían po r me dio de ad em es de ma de ra [4 9 ], Es un hecho muy. bien conocido que las excavaciones con el tedio plano desarrollan zonas de tensión en el mismo techo. Como los anclajes arm ados po nen su esfuerzo en el tecleo, se eliminan estas zo ñas de tensión. La vista general de un anclaje armado se muestra en la figura 3,28 [49]. Consiste de un sistema de anclaje (resina, de preferencia) en dos puntos,^ un a va rilla o ba rr a de co ne xió n, un te ns or par a d ar la ten sió n conveniente a la varilla, bloques de apoyo y una .chumacera de cuña pa ra ajus te.

tr“ SVmaI Se raa”tí“ e t0-

0 p aso dei a,re 53 baja: p or ,o

-

5 ' y a cc esn Wo ^ ^ n atU ra fe S ^ C° ‘8¡!r de eDos tu ber ías 6 El fracn parecldoj ’ d^ ando e í P * ° Ubre para el tránsito. ' Jad o m í ? ° Y desprendimi“ t0 ^ la roca se reduce a tal £

techo

¡I,Uye

dflUCÍ6n d* C'lrbÓ" de Ia rora « «

7. Elânclaje es más económ ico q ue o ttos sistemas de ademe En ca Tl yy toarata a “ t o del anclaje e n ',d ° n dese muc h mho a d emenos ra “ ° costoso, “ ° b t ie nve no e n fexiste 0 ™ a un f ádesemoolso de capital para arcos de acero en los ¿añone! 3-6 3 -6.1

ANCLAJE ARMADO

Principio e historia del anclaje armado

3.6.2

La figura 3 .29^proporciona los detalles de un anclaje armado [50], en aonde la tensión P en la varilla la proporciona el tensor T. Las reac ciones R 2 se forman a través de bloque CD (2a X b). y las reacciones K i se forman por el contacto co n la boca del‘barreno. Al resolver las fuerzas a lo largo de la dirección de T y peruendicu1ármen te a ella, y si se toma n m omen tos con respecto ai punto B se tiene que: T  ¡¿R2 ~ R \ sen ce - P eos o: = 0 R i + R í eos a - P sen a = 0 R 2(a + 0 + >j.R2 ó  T b ~ 0

Y k Paísme de Whiíe m j. -U . P -m os co n re sm a de co lum na com ple ta

143 PERNOS Y ANCLAJE ARMADO

Diseño del anclaje armado

(3,28) (3.29) (3.30)

ANCLAJE ARMADO 149

-iátiP R 2 =

7 jU+ cos a

a = tan' en do nde

DiaSramÍ “ CUerp° “ re *> • » * « » « N » * « a ^ j e . a ,

Si se resuelven estas ecua ciones simultáneas, se tiene

P =

+ ^ cos a + ¿sen a]

(3.30)

1 ' T b ' ¥ a Jr ' Í ^ a + l )% ' en a~ b c o s a ]

(3.31)

R , = R

T ~¡¿b + ¿z+ / T T¿> ¡ib + a + l

(3.32)

S r r t 'o T 5 “ rfd0nde 61 WOqUe CZ) eSté i0 sufidentemente cerca dei ba rre no , de m od o qu e l a var illa no lo to qu e, R t = 0, entonces:

P =

T

- •

- Como un ejemplo num érico, calcúlese la fuerza de ajuste (agarre) de un a .varillaren el barreno de u n anclaje armado que se tensa con ' una carga de 7 - 10 ton. .Los barrenos se perforan con un ángulo ,~ ’ *] esf,esor del W oqw es b = 8 cm, y tiene 2a = 20 cm de an-' cno; se coloca a un a distanc ia de /=* 22 cm d el barreno. El coeficiente de ficc ión entre el bloque y la roca del techo es ¡¿= 0.4. Encuéntrase ' d e fb S n o .

P =

=

fU6rZa ^ anC!aje’ Sí Sl 111151110 bi° qUe 3S COlOCa a 5 cm 10,000

0.4 X 8 + 10 4- 22 £(1 0+ 22) cos 60 + 8 sen 60) j

1 0, 00 0 x „ x 22:93

g

(3,33)

(3.35)

P = Carga en el punto de anclaje del perno. 7' = Carga de tensión en el armado. R ¡ = Reacción en la boca del barreno. R 7 = Reacción en el bloque. / = Distancia del bloque al barreno. 2a = Anchura del bloque. b  Grosor del bloque. H = ' Coeficiente de fricción en tre el bloque y h roca del techo a — Angulo de inclinación del barreno. ' \

= 6514 kg

cos a + ¿¿sen a

b a +1 -

T  p .R 2  p eos a R 2 = P s e n tx

,(3.34)

a = tan"1 -------- - is*5 10 + 5

143 PERNOS Y ANCLAJE ARMADO

ANCLAJE ARMADO 149

-iátiP R 2 =

7 jU+ cos a

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b a +1

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+ ^ cos a + ¿sen a]

(3.30)

1 ' T b ' ¥ a Jr ' Í ^ a + l )% ' en a~ b c o s a ]

(3.31)

T

R , = R

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- Como un ejemplo num érico, calcúlese la fuerza de ajuste (agarre) de un a .varillaren el barreno de u n anclaje armado que se tensa con ' una carga de 7 - 10 ton. .Los barrenos se perforan con un ángulo ,~ ’ *] esf,esor del W oqw es b = 8 cm, y tiene 2a = 20 cm de an-' cno; se coloca a un a distanc ia de /=* 22 cm d el barreno. El coeficiente de ficc ión entre el bloque y la roca del techo es ¡¿= 0.4. Encuéntrase '

Si se resuelven estas ecua ciones simultáneas, se tiene

T ~¡¿b + ¿z+ /

(3.35)

P = Carga en el punto de anclaje del perno. 7' = Carga de tensión en el armado. R ¡ = Reacción en la boca del barreno. R 7 = Reacción en el bloque. / = Distancia del bloque al barreno. 2a = Anchura del bloque. b  Grosor del bloque. H = ' Coeficiente de fricción en tre el bloque y h roca del techo a — Angulo de inclinación del barreno. ' \

DiaSramÍ “ CUerp° “ re *> • » * « » « N » * « a ^ j e . a ,

P =

,(3.34)

d e fb S n o .

(3.32)

P =

S r r t 'o T 5 “ rfd0nde 61 WOqUe CZ) eSté i0 sufidentemente cerca dei ba rre no , de m od o qu e l a var illa no lo to qu e, R t = 0, entonces:

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1 0, 00 0 x „ x 22:93

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a = tan"1 -------- - is*5 10 + 5

(3,33)

cos a + ¿¿sen a

150 PERNOS Y ANCLA JE ARMADO

10,000

? =

eos 28° + 0.4 sen 28 a

10,000

Se puede ve r que se. necesita m ay or anc laje para este caso especial d. 1a " reacci°nes y la fu« za de anclaje se «rafican como múltiplos 0 ^

^

^

b a ir“ 0' *

^

Tabla 3.1 Dimensiones para buenos anclajes armados3. Claro entre barreno y barrenos , (m ) 2.6 3 .0 3 .6

a V e r r e f e r e n c i a S O.

s

15 1

■

Para obten er buenos resultados con los anclajes armados, el ángu lo de inclinación de 3os barrenos deberá acercarse a 60°, la anchara del bloque 2a deberá ser de 20 cxn, y el espesor y la distancia al barre no deberán ser como se registran en la tabla 3.1. de acuerdo con el claro (distancia de barreno a barreno) del túnel, galería o cañón.

0.88 29 + 0.4 X 0.4695

30,000 1.0707 - 9340 kg

en la ^ 3 . 3

ANCLAJE ARMADO

Es pe so r d el bloque, .(cm)

Dis tan cia de l bloque ai barreno, 1 fem)

8

20-22 20-22

8 10

25-30

150 PERNOS Y ANCLA JE ARMADO

10,000

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eos 28° + 0.4 sen 28 a

ANCLAJE ARMADO

10,000

Para obten er buenos resultados con los anclajes armados, el ángu lo de inclinación de 3os barrenos deberá acercarse a 60°, la anchara del bloque 2a deberá ser de 20 cxn, y el espesor y la distancia al barre no deberán ser como se registran en la tabla 3.1. de acuerdo con el claro (distancia de barreno a barreno) del túnel, galería o cañón.

0.88 29 + 0.4 X 0.4695

30,000 1.0707 - 9340 kg Se puede ve r que se. necesita m ay or anc laje para este caso especial d. 1a " reacci°nes y la fu« za de anclaje se «rafican como múltiplos en la ^ 3 . 3

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Tabla 3.1 Dimensiones para buenos anclajes armados3.

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Claro entre barreno y barrenos , (m )

Es pe so r d el bloque, .(cm)

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20-22 20-22

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«

M M lA S

—

-

de ademe, precisamente antes de ]a r ^ 10 60 l0S sisieirias adelanto condujo a la mecanÏÏ J L , ! T ? GUerra MundiaL *t e frentes largas, con lo que se io^ró uns & auÎ0Iâtizaciôn en las ción de lugares de I a b ^ ^ ^ ^ dl^ on * * Y ia C° * Ce^ ~ ro con X 4Í “ ad— * -»■ de una fre n te L " r e nt f 0S' Ut ? U “ P la nta nés de los ademes de acero como se vp^ * i C’ IaS p05ÍC:¡'°~ gura 4 .1 b , y ]a vista de l- ». ■■ Planta se indican en Ja iî«narco de ?“ ■» - % » 4,c. u' ^ c o lo c an e n “ fo rm a d e T ” L os c a l r- T - , CabmI” 2) ^ den colocar según las condiciones del t- c h o lf 3) Se P"e" lar con facilidad colocando un sisfem, h marC° Se puede insta pu ed e q u k a r fác ilm en te ! 6 3e=u n dad 7) y . tam bié n se ladar el marco de la “fila d e \S s ” a f ?idad,'6)- ai rndica en la figura por medio de !=< u adelante”, como se

cambian de lugar, de atrás hacia adeí^TSpUnteadas- Así>íos marcos ademe. El techo de la parte t r a ir a éTl%TJT * * ^ nuevo éste avance. P 035673 de la fren te se “hund e” en 153

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ADEMES DE ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

CAMBIOS EN LOS ADEMES .DE ACERO DE LAS FRENTES LARGAS

155

pa ra los po ste s de fri cc ió n, po r m ed io de un me ca nis mo hid rá uli co o un fluido a presión que se obtiene de las mangueras de la frente en los postes hidráulicos. Los cabezales son vigas simples en forma de I que tienen una articulación y un mecanismo de colocación para so po rt ar el te ch o du ra nt e tm co rt o tie m po . Los postes hidráulicos se mejoraron al lograr que el poste, el ca be za l y el tr an sp or ta do r de ca de na fo rm ar an un a sol a un id ad de no  minada “ademe caminante” o cuñas ambulantes. Véase la figura 4.2 [51, 2, página 544], Esquemáticamente, cada unidad mecanizada de ademe se com pone de cuatro o seis patas 1) sostenidas por un cabezal grande (escudo) 3). La máquina de extracción 2) se coloca sobre el transp ortad or de c adena y se empuja co ntra la frente mediante la cuña móvil recorriend o un camino ondulado como se indica por medio de las líneas discontinuas en la vista en planta. Los ademes avanzan por

F i g u r a 4 . 1 A d e m e s d e . a c e r o e n l a s f r en t e s la r g a s c o n p o s t e s d e f r i c c i ó n y c a b e z a  les articulad os [

I I' | | í

2 ].

La a rticulación de los cabezales permite la colocación del poste al final del tumo de trabajo, teniendo así un área de “frente sin postes” pa ra Que el tr an sp or ta do r de ca de na 4) se mu ev a lib re m en te y la máquina de extracción del carbón 5) lo corte y lo cargue en el transportador. Los postes son telescópicos, fabricados en-dos piezas que se deslizan una dentro de la otra y se colocan según el espesor del man to; La colocación de los postes se termina con un mecanism o de seguridad

F i g u r a 4 . 2 A d e m e s m e c a n i z a d o s e n l a s f r e n t e s la r g a s ( '2 , 5 1 ] : I , a d e m e " c a m i n a n  t e '’ ; 2 , m á q u i n a c o r t a d o r a y c a r g a d o r a ; 3 , t ra n s p o r t a d o r d s c a d e n a .

ADEMES DE ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

CAMBIOS EN LOS ADEMES .DE ACERO DE LAS FRENTES LARGAS

155

pa ra los po ste s de fri cc ió n, po r m ed io de un me ca nis mo hid rá uli co o un fluido a presión que se obtiene de las mangueras de la frente en los postes hidráulicos. Los cabezales son vigas simples en forma de I que tienen una articulación y un mecanismo de colocación para so po rt ar el te ch o du ra nt e tm co rt o tie m po . Los postes hidráulicos se mejoraron al lograr que el poste, el ca be za l y el tr an sp or ta do r de ca de na fo rm ar an un a sol a un id ad de no  minada “ademe caminante” o cuñas ambulantes. Véase la figura 4.2 [51, 2, página 544], Esquemáticamente, cada unidad mecanizada de ademe se com pone de cuatro o seis patas 1) sostenidas por un cabezal grande (escudo) 3). La máquina de extracción 2) se coloca sobre el transp ortad or de c adena y se empuja co ntra la frente mediante la cuña móvil recorriend o un camino ondulado como se indica por medio de las líneas discontinuas en la vista en planta. Los ademes avanzan por

F i g u r a 4 . 1 A d e m e s d e . a c e r o e n l a s f r en t e s la r g a s c o n p o s t e s d e f r i c c i ó n y c a b e z a  les articulad os [

2 ].

La a rticulación de los cabezales permite la colocación del poste al final del tumo de trabajo, teniendo así un área de “frente sin postes” pa ra Que el tr an sp or ta do r de ca de na 4) se mu ev a lib re m en te y la máquina de extracción del carbón 5) lo corte y lo cargue en el transportador. Los postes son telescópicos, fabricados en-dos piezas que se deslizan una dentro de la otra y se colocan según el espesor del man to; La colocación de los postes se termina con un mecanism o de seguridad

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F i g u r a 4 . 2 A d e m e s m e c a n i z a d o s e n l a s f r e n t e s la r g a s ( '2 , 5 1 ] : I , a d e m e " c a m i n a n  t e '’ ; 2 , m á q u i n a c o r t a d o r a y c a r g a d o r a ; 3 , t ra n s p o r t a d o r d s c a d e n a .

156AMMES “

« i™

EN L AS F REN TES UR G AS

W * *” ^ «1 — Portadej techo se realiza el avance H av 1 7 ■ Y Sobrevemr eI hundimiento ra n te el tu m o, según l o ™ ^ 7 Ws a se« duavance de 1,5 a 5 m pormedio de la m i ü ^ akanzand° “n ciendo una gran cantidad de tonelada S T eXtelcción ^ f>™*Progresos recientes en los “ademes camina t P° °° S £rabajadares- L °$ escudo” t a 3ogrado qug ei techo ^ “con

POSTES V CABEZALES OS ACERO

po r un a pie za ci lin dr ica ex te ri or F y un a pie za in te ri or P qu e se c o nectan por mèd io de placas de “desgaste o de frotam iento” a y se sostienen por medio de la fuerza horizontal H . Esta fuerza se calcula com o sigue.: ^ u ia R R

POSTES Y C A B E Z A L E S D E ACERO

4.2

4 .2.1

a

s

a

s

í

e

s

Postes de fricción íu , apagina ¡ «545}.r El  poste * está formado  *

157

= n H tan y para postes cilindricos.  n H tan (*>+ 0 para postes cónicos.

.

(4 j } (¿ 2)

en donde B = Fuerza horizontal de seguridad, en toneladas. “ 9^ 83 gn el limite elástico, en toneladas. *P - Angulo de fricción entre la pieza interior v las placas de apoyo, ip = tan'1 0.3 a 0.5. ¿ ~ q

de conicidad de 3a pieza interior, / = tan' 1 0,01 a

n = Num ero de las superficies de fricción, n = 2 en Ja mayo ría de los postes. Generalmente existen dos superficies de fricción, pero hay postes con mas superficies (postes con hendiduras o postes divididos, n = 4) ción^?|'aneCÍad de maneras Para incrementar las superficies de fricLas condiciones de trabajo de los postes cónicos y la curva carac terística (carga co ntra h undim iento) se muestran en la figura 4 4c s 5e -U aman P°stes cargados “lentam ente o con le ntitud” pues la carga que soportan es proporcional al hundimiento. Conforme se hunde la pieza mtanor, la conicidad de esta’pieza interior fuerza al sisiema de segundad para que incremente y ejerza mayor empuje horizontal sobre el mismo sistema. En los postes cilindricos donde r « 0, la fuerza horizontal se ejer ce p or medio de una cuña ex tra , que se llama un “servo”, como se F

I

,

I

I

F

/e FÍ8Ura 4’3 Fünd33ncn“ *

pos t« de fricción (2J.

T ‘ n nm . T " ” 0 , “ 8 3 M BgUra 4 ' 4 6 ' De bi do a k c o ni ci da d ta n aka ( 1/10). el servo ejerce una gran fuerza de seguridad al hundir se ligeramente (20 m m). P or e sta razón, se les llama postes con car*a mstanían ea , como se observa en la curva característica. Los perfiles de los postes de fricción son generalmente rectangu lares, se componen de dos ángulos o de dos canales que se sueldan ju m os , co m o se ind ic a e n la fig ur a 4.5 . Ta mb ién , se p ro po rc ion an los pe sos y ¡os m od ul es de se cc ión . Se pu ed e ve r que , de bid o a las íor-

156AMMES “

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EN L AS F REN TES UR G AS

W * *” ^ «1 — Portadej techo se realiza el avance H av 1 7 ■ Y Sobrevemr eI hundimiento ra n te el tu m o, según l o ™ ^ 7 Ws a se« duavance de 1,5 a 5 m pormedio de la m i ü ^ akanzand° “n ciendo una gran cantidad de tonelada S T eXtelcción ^ f>™*Progresos recientes en los “ademes camina t P° °° S £rabajadares- L °$ escudo” t a 3ogrado qug ei techo ^ “con

POSTES V CABEZALES OS ACERO

po r un a pie za ci lin dr ica ex te ri or F y un a pie za in te ri or P qu e se c o nectan por mèd io de placas de “desgaste o de frotam iento” a y se sostienen por medio de la fuerza horizontal H . Esta fuerza se calcula com o sigue.: ^ u ia R R

POSTES Y C A B E Z A L E S D E ACERO

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Postes de fricción

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en donde B = Fuerza horizontal de seguridad, en toneladas. “ 9^ 83 gn el limite elástico, en toneladas. *P - Angulo de fricción entre la pieza interior v las placas de apoyo, ip = tan'1 0.3 a 0.5. ¿ ~ q

de conicidad de 3a pieza interior, / = tan' 1 0,01 a

n = Num ero de las superficies de fricción, n = 2 en Ja mayo ría de los postes. Generalmente existen dos superficies de fricción, pero hay postes con mas superficies (postes con hendiduras o postes divididos, n = 4) ción^?|'aneCÍad de maneras Para incrementar las superficies de fricLas condiciones de trabajo de los postes cónicos y la curva carac terística (carga co ntra h undim iento) se muestran en la figura 4 4c s 5e -U aman P°stes cargados “lentam ente o con le ntitud” pues la carga que soportan es proporcional al hundimiento. Conforme se hunde la pieza mtanor, la conicidad de esta’pieza interior fuerza al sisiema de segundad para que incremente y ejerza mayor empuje horizontal sobre el mismo sistema. En los postes cilindricos donde r « 0, la fuerza horizontal se ejer ce p or medio de una cuña ex tra , que se llama un “servo”, como se F

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T ‘ n nm . T " ” 0 , “ 8 3 M BgUra 4 ' 4 6 ' De bi do a k c o ni ci da d ta n aka ( 1/10). el servo ejerce una gran fuerza de seguridad al hundir se ligeramente (20 m m). P or e sta razón, se les llama postes con car*a mstanían ea , como se observa en la curva característica. Los perfiles de los postes de fricción son generalmente rectangu lares, se componen de dos ángulos o de dos canales que se sueldan ju m os , co m o se ind ic a e n la fig ur a 4.5 . Ta mb ién , se p ro po rc ion an los pe sos y ¡os m od ul es de se cc ión . Se pu ed e ve r que , de bid o a las íor-

ADEMES OE ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

40

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21

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E

S T * ^ y W}' S° n aproxira*d™ « '= ísuaies, ¡o que skqJe üen® P°co o m e n o s la misma resistencia a las defoímaciones en ambas direcciones [30, página 402j.

H--- H 5, Duplex ligero Gerlach

Cuplé* msd íc Gtíri jeh

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159

T

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50 5

POSTES Y CABEZALES DE ACERO

Postes hidráulicos

pesado Gerlach

12

20

15

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20

SI

22

10

60

13

84

DosSv f d Ct° S que ‘“ i eiTOreS hum mo !! causaron en la utilización de los

P ^ b s & ís & s s s s s ¡vJ -

ne ‘i S f r4: ^ ’ ai ?fcr!r y cerTar k «a ™ h 1 el fluido cambia de ....... > m*e- ores y exteriores, ai bajar y detener los

8. Oupíex

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Gerlach

25

46

16

86

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POSTES Y CABEZALES DE ACERO

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Postes hidráulicos

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P ^ b s & ís & s s s s s ¡vJ -

8. Oupíex

25

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86

Gerlach

ne ‘i S f r4: ^ ’ ai ?fcr!r y cerTar k «a ™ h 1 el fluido cambia de ....... > m*e- ores y exteriores, ai bajar y detener los

160

ADEMES 05 ACERO EN LAS FRENTES LARGA

POSTES Y CABEZALES DE ACERO 'Vv

•

167

se pued e hac er al agregar-, desde el exte rior finiHn * r, •« indica en la finirá 4 6^ Feto *>!; • ! . Presión como se ligero al poste, pero se necesitan tafias f manüal y haca más

rzi o

s

B

~

fácil colocación v de^c-nso- J e m á T facción, son de deseado, lo 4que x»-na un a me nor convergencia. *“ d *iyel

4.2.3

affrn * i n , i i -

-j ,

Cabezales articulados

que víâs se ap°Incci0n- L°s cabezales son de

un corto tiempo. Esta articulación se asentraínr - i o n e s de c usa. Una vista - p J K S ^

ícl

W) Figura

4, 6

E s q u e m a s d e t r a b a j o d e i o s p o s t e s h i d r á u l ic o s [ 2 ,

30],

f l“ ateq u e Í nDoSteaT ^ ^ loS í ec to s ' E stó p u e s t o d e tal maq . poste se man tiene bajo una caraa de 20 ton f+ 0 5 tnni como se muestra en la curva característica la fígura 4 6c" se con sta v e'd™ ™ ” w m edian te ’“ a b°™ba de mano que ad ugu fi“ raa 44 .& S?£>. A , % f P° Síe “ f AI girar la manivela 0a “lo“la ^ o del^ irP-ná thi c eia m e n it e « m ue ve ha d a a ^ b a y a br e la v álvu la 2, p er mi tie nd o ^ e p “ * do pase de la P¡eza mterior a la exterior y oue se levante el pos« StÓ

T " í S S

nK S

160

ADEMES 05 ACERO EN LAS FRENTES LARGA

POSTES Y CABEZALES DE ACERO 'Vv

•

167

se pued e hac er al agregar-, desde el exte rior finiHn * r, •« indica en la finirá 4 6^ Feto *>!; • ! . Presión como se ligero al poste, pero se necesitan tafias f manüal y haca más

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fácil colocación v de^c-nso- J e m á T facción, son de deseado, lo 4que x»-na un a me nor convergencia. *“ d *iyel

4.2.3

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Cabezales articulados

que víâs se ap°Incci0n- L°s cabezales son de

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un corto tiempo. Esta articulación se asentraínr - i o n e s de c usa. Una vista - p J K S ^

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30],

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162

ADEMES DS ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

DiSEÑO DE POSTES Y CABEZALES

4.3.1

16 3

Cálculo de la densidad de los postes '

Para calcular la densidad de los postes, ios esfuerzos se evalúan por medio de las diferen tes fórm ulas que se mencionan en la sección 1.3.3 de los ademes de made ra. Las dimensio nes se indican en la figura 4.1 b. ñ¡ o ;La — ~

,

n D r

(4.3)

(«)

en donde

fe .

F i g u r a 4 . 8 U n a f r en t e t í p i c a s i n p o s t e s c o n c a b e z a l e s a r ti c u l a d o s [ 3 0 ] ,

j| / jg j|: i |r . I'§: | I

£30, pág ina 44 3] , La ar tic ula ció n pr op or ci on a un cla ro sin po ste s de 2 m , en donde el transp ortador, las máquinas de extracc ión y Ijas impu lso re s de los tra ns po rta do re s pu ed en op er ar lib re me nte . Esta ar ticu la ci ón de be rá so ste ne r los blo qu es qu e se fo rm an po r fr ac tur as a , los cuales por lo general pesan de 1 a 1.5 ton como se indica en ^ figura 4.7b. Los perfiles de los cabezales son vigas H que se refuerzan agregar piezas a los lados, de manera que se convierten en per^ es cuadrados. Los canales de acero también se sueldan juntos en perfiles cuadrados que proporcion an mód ulos casiiguales de Wx y Wy . í-a vista de una frente .larga con postes hidráu licos, cabezales articulados y frente sin postes se mue stra en la figura 4.8 [30j.

Cf —Presión evaluada sobr e el techo, en toneladas por metro cuadrado. L = Ancho de la frente, distancia sostenida por ademes, en metros. a — Distancia en tre las illas de los ademes, en metros. Pn = Carga nomina l de un poste, en toneladas. k  Facto r de eficiencia de los postes (tabla 4.1). N = Número dé postes por hilera. n = Facto r de seguridad, generalmente 2. D  Densidad de los postes, piezas por metro cuadrado. Calcúlese la distancia entre las hileras a / la densidad de los d o s tes en una fre nte de car bón de 2 m de espesor sostenida por medio de cuaüo postes de fricción en una fila para 4( ton con cabezales articu lados de 1.25 m. El ángulo de fricción del tjeho es y = 40°y ta densi dad de la roca del techo 7 = 2.5 ton/ni3.

T a b l a 4 . 1 F a c t o r d e e f i c ie n c i a d e i p o s te

Tipo de past a3 4.3

DISEÑO DE POSTES Y CABEZALES

c. 1. diseño de ios postes y cabezales abarca la densidad de los postes (número de postes por metro cuadrado), dimensiones del perfil del cabezal y la penetración o intrusión sobre la roen del piso.

De fricción, 40.ton

Factor de eficiencia k 0.45

Hidráulico, 40 ton

0.32

Hidráulico, 30 ton

0.89

162

ADEMES DS ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

DiSEÑO DE POSTES Y CABEZALES

4.3.1

16 3

Cálculo de la densidad de los postes '

Para calcular la densidad de los postes, ios esfuerzos se evalúan por medio de las diferen tes fórm ulas que se mencionan en la sección 1.3.3 de los ademes de made ra. Las dimensio nes se indican en la figura 4.1 b. ñ¡ o ;La — ~

,

(4.3)

n D r

(«)

en donde

fe .

F i g u r a 4 . 8 U n a f r en t e t í p i c a s i n p o s t e s c o n c a b e z a l e s a r ti c u l a d o s [ 3 0 ] ,

j| / jg j|: i |r . I'§: | I

£30, pág ina 44 3] , La ar tic ula ció n pr op or ci on a un cla ro sin po ste s de 2 m , en donde el transp ortador, las máquinas de extracc ión y Ijas impu lso re s de los tra ns po rta do re s pu ed en op er ar lib re me nte . Esta ar ticu la ci ón de be rá so ste ne r los blo qu es qu e se fo rm an po r fr ac tur as a , los cuales por lo general pesan de 1 a 1.5 ton como se indica en ^ figura 4.7b. Los perfiles de los cabezales son vigas H que se refuerzan agregar piezas a los lados, de manera que se convierten en per^ es cuadrados. Los canales de acero también se sueldan juntos en perfiles cuadrados que proporcion an mód ulos casiiguales de Wx y Wy . í-a vista de una frente .larga con postes hidráu licos, cabezales articulados y frente sin postes se mue stra en la figura 4.8 [30j.

Cf —Presión evaluada sobr e el techo, en toneladas por metro cuadrado. L = Ancho de la frente, distancia sostenida por ademes, en metros. a — Distancia en tre las illas de los ademes, en metros. Pn = Carga nomina l de un poste, en toneladas. k  Facto r de eficiencia de los postes (tabla 4.1). N = Número dé postes por hilera. n = Facto r de seguridad, generalmente 2. D  Densidad de los postes, piezas por metro cuadrado. Calcúlese la distancia entre las hileras a / la densidad de los d o s tes en una fre nte de car bón de 2 m de espesor sostenida por medio de cuaüo postes de fricción en una fila para 4( ton con cabezales articu lados de 1.25 m. El ángulo de fricción del tjeho es y = 40°y ta densi dad de la roca del techo 7 = 2.5 ton/ni3.

T a b l a 4 . 1 F a c t o r d e e f i c ie n c i a d e i p o s te

Tipo de past a3 4.3

DISEÑO DE POSTES Y CABEZALES

c. 1. diseño de ios postes y cabezales abarca la densidad de los postes (número de postes por metro cuadrado), dimensiones del perfil del cabezal y la penetración o intrusión sobre la roen del piso.

Factor de eficiencia k

De fricción, 40.ton

0.45

Hidráulico, 40 ton

0.32

Hidráulico, 30 ton

0.89

ADgjWgS 0£ ACERO EN LAS FRENTES LANGAS

DISEÑO DE

Pasión dei techn ¡»n la eciíaoones (1.34), (1.35).es n. =

13 fórmuJa de

L

165

zá£Hi, roca es o¡{ , e f e s ^ z t ^ e s e d e's ír of la I T * ™

J L y tan ip

¿i + m

PQSTcS Y CA3E2ALES

tan

L é . <

(45

p

5.0 2 ~ 2.5 m (en nuestro caso)

en donde

^

Í S SeSWidad d= h

QSf

(4.5)

d im en sió n d e £ p Í a ^ x t t r t r d l ^ p T t ^ PÍS° 63 d * 4 ° i íg /c ín 2’ ? k .de fricción de 40 ton ,e nd rá e / e S ^ ^ “ * 20 « Poste „ - 400QQ X 0.45 20 X 20

m  2 m (espesor dei manto) *P ~ ángulo de fricción interna, 40 °

~ 45 k g l c m 1

40 ° ?

B = 2.5 + 2 tan j 45 e = 2.5 + 2 tan 25°

el cual es may or que la resistenri-í * r f ¡if “» «™ «0 mayor del oos e ^ ^ & taI * ? * * COn eI fm de alcanzar una roca más ñ,er*£e o’se u , f T mo se J'ndíca en la figura 4 .9, ’ n reÛer2os ^ á s grandes co-

= 3.43 xn ;2.5

ton/m 3 X 3 . 4 3 tan 40c

m

= 10.22 ton/m 3

I0'22 toji/m 2 X 5 m X c = 4 0_ton X 0.45 y ¿ a= Í0XO45X4

i) 4-3.2

5 X 0.70

JÍ 4 p o r m 2

Penetración de los postes en ei piso

Po«S

«HS* ¿ ^ t S Í s r p e “ t a c t ó n 6 U ^ h C a Pa dd ad d e s ° P ° rt a r um convergencia eí probleina de mOTer „ K f c S & T l K

Figra 4.9 Precauciones contra la m£ ñr o penetración en eipiso

[ 2 ].

ADgjWgS 0£ ACERO EN LAS FRENTES LANGAS

DISEÑO DE

Pasión dei techn ¡»n la eciíaoones (1.34), (1.35).es n. =

13 fórmuJa de

165

roca es o¡{ , e f e s ^ z t ^ e s e d e's ír of la I T * ™

J L y tan ip

¿i + m L

PQSTcS Y CA3E2ALES

zá£Hi,

L é . <

(45

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p

5.0 2 ~ 2.5 m (en nuestro caso)

^

Í S SeSWidad d= h

QSf

(4.5)

d im en sió n d e £ p Í a ^ x t t r t r d l ^ p T t ^ PÍS° 63 d * 4 ° i íg /c ín 2’ ? k .de fricción de 40 ton ,e nd rá e / e S ^ ^ “ * 20 « Poste

en donde

„ - 400QQ X 0.45 20 X 20

m  2 m (espesor dei manto) *P ~ ángulo de fricción interna, 40 °

~ 45 k g l c m 1 el cual es may or que la resistenri-í * r f ¡if “» «™ «0 mayor del oos e ^ ^ & taI * ? * * COn eI fm de alcanzar una roca más ñ,er*£e o’se u , f T mo se J'ndíca en la figura 4 .9, ’ n reÛer2os ^ á s grandes co-

40 ° ?

B = 2.5 + 2 tan j 45 e = 2.5 + 2 tan 25° = 3.43 xn ;2.5

ton/m 3 X 3 . 4 3 tan 40c

m

= 10.22 ton/m 3

I0'22 toji/m 2 X 5 m X c = 4 0_ton X 0.45 y ¿ a= Í0XO45X4

i) 4-3.2

5 X 0.70

JÍ 4 p o r m 2 Po«S

Penetración de los postes en ei piso

«HS* ¿ ^ t S Í s r p e “ t a c t ó n 6 U ^ h C a Pa dd ad d e s ° P ° rt a r um convergencia eí probleina de mOTer „ K f c S & T l K

Figra 4.9 Precauciones contra la m£ ñr o penetración en eipiso

ADEMES 0 £ ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

4 -3.3

Dimensión de los cabezales

u,05 cabezales que se sujetan juntos se pued en considerar como una ' viga continua apoyada en postes y se puede utilizar la fórmula de fle xión de la figura 1.36. __

a

-^má.x w ~ < °V

( 4. 6)

tn este ejemplo, donde la frente se sostiene por medio de cuatro cabe zales y de cuatro postes en una fila, el esfuerzo máximo de flexión es: 0.1a, • a • (/)2 a = ---------- ñ --------- < 1400 kg/cm2 = en donde ° l = Pre3ión deI íecho = 10.22 ton /m 2- = 1.022 kg/cm2 a - Distancia en tre las hileras = 70 cm. I  El claro (distancia entre los postes) = 125 cm. Si se toma una viga I, CÍ-90, con Wx - 62.5 cm3 {tabla 2.3): o=

■1-0 22 k ^ cm2 x 70 cm X (125 cm)2 62.5 cm3

= 1788.5 kg/cm2 que eSmayor que los 1,400 kg/cm2 del esfuerzo permisible del acero. Al tomar e, tamaño mas grande, es decir, Gí-100. Wx = 80 7 cm 3 se tiene lo siguiente : ' ;

ADEMES MECANIZADOS

4 .4.1

ADEMES MECANIZADOS

Desarrollo de los ademes mecanizados

Este tipo de ademes se ha obte nido después de los grandes avances en los ademes de acero de las frentes largas. Hasta la Segunda Guerra

16 7

Mundial, es tuvie ron en uso los postes de fricción y las varillas o barras. • Los posres hidráulicos se desarrollaron en un esfuerzo para vencer los defectos d el enve jecimiento de las superficies de fricción y los errores human os de preca rgar los postes. La convergencia se redujo con el trab ajo h idrá ulico del po ste, P ero las .penetrac iones en el piso y 10¿ cambios intermitentes de atrás hacia adelante'de la frente, no iban a la par con el paso de la extracción mecánica del carbón. Se desarrolla ron máquinas lo suficientemente rápidas como para hacer cortes tres o cuatro veces po r tum o, y los cambios de los ademes no correspondian^con este ráp ido avance. Sé desarrolló un nuevo sistema de diseño hidráulico, con postes y cabezales-incorporados en una sola, unidad y conectad os a los transportadores blindados para avanzar simultánea mente con el corte en la linea de la frente. Tales sistemas de ademe se llamaron cuñas cam inantes”, pues caminan o avanzan por sí mismas tiradas por el transportador. Además, este sistema se ha mejorado con diferentes diseños que hacen que el techo sea más seguro como con la întroducción de los ademes de “escuda” . De esta forma, la produc ción a mano por hombre-turno se ha elevado de 1.5 a 5 ton y !a pro ducción en la f rente po r homb re-turno (OMS) de 3.5 a 8 ton." En Inglaterra, el uso de los-ademes caminantes en las frentes largas se ha incrementado desde cero hasta casi el 90% en la actualidad*ün pro greso similar se h a registrado en Alemania, Francia, Polonia, la URSS y en otros países europeos. El alto rendimiento por hombre-turno, ei 100% de recuperación del carbón y las restricciones en ei laboreo de ja nd o pil ar es ha n he ch o qu e s e uti lic en tam bié n en l os Es tad os Unid os. En 1976, alrededor del 4.6% de la producción de carbón se obtuvo de frentes largas con ademes mecanizados o “ca minantes” [29]. Ei desarrollo de este tipo de ademes se resume en la tabla 4.2. Las condiciones que se satisfacen se indican con el signo +, y las condicio nes que no se cumplen, con eí signo - Se puede ver que se cumplen todas las condiciones en las frentes largas para este tipo de ademes. 4.4.2

4.4

[ 2 ].

Tipos de ademes mecanizados

Se ha mejorado notablemente este tipo de ademe desde que se fabri caron por primera vez. En la actualidad, existen diferentes tipos de ademes caminantes que se han diseñado para varias condiciones. Es tos tipo.s pueden ser de cuña, armados, de escudo y de escudo y cuña. Solamente se proporcionará aquí una descripción sarcia! de esí^ diversos tipos.

ADEMES 0 £ ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

4 -3.3

ADEMES MECANIZADOS

Dimensión de los cabezales

Mundial, es tuvie ron en uso los postes de fricción y las varillas o barras. • Los posres hidráulicos se desarrollaron en un esfuerzo para vencer los defectos d el enve jecimiento de las superficies de fricción y los errores human os de preca rgar los postes. La convergencia se redujo con el trab ajo h idrá ulico del po ste, P ero las .penetrac iones en el piso y 10¿ cambios intermitentes de atrás hacia adelante'de la frente, no iban a la par con el paso de la extracción mecánica del carbón. Se desarrolla ron máquinas lo suficientemente rápidas como para hacer cortes tres o cuatro veces po r tum o, y los cambios de los ademes no correspondian^con este ráp ido avance. Sé desarrolló un nuevo sistema de diseño hidráulico, con postes y cabezales-incorporados en una sola, unidad y conectad os a los transportadores blindados para avanzar simultánea mente con el corte en la linea de la frente. Tales sistemas de ademe se llamaron cuñas cam inantes”, pues caminan o avanzan por sí mismas tiradas por el transportador. Además, este sistema se ha mejorado con diferentes diseños que hacen que el techo sea más seguro como con la întroducción de los ademes de “escuda” . De esta forma, la produc ción a mano por hombre-turno se ha elevado de 1.5 a 5 ton y !a pro ducción en la f rente po r homb re-turno (OMS) de 3.5 a 8 ton." En Inglaterra, el uso de los-ademes caminantes en las frentes largas se ha incrementado desde cero hasta casi el 90% en la actualidad*ün pro greso similar se h a registrado en Alemania, Francia, Polonia, la URSS y en otros países europeos. El alto rendimiento por hombre-turno, ei 100% de recuperación del carbón y las restricciones en ei laboreo de ja nd o pil ar es ha n he ch o qu e s e uti lic en tam bié n en l os Es tad os Unid os. En 1976, alrededor del 4.6% de la producción de carbón se obtuvo de frentes largas con ademes mecanizados o “ca minantes” [29]. Ei desarrollo de este tipo de ademes se resume en la tabla 4.2. Las condiciones que se satisfacen se indican con el signo +, y las condicio nes que no se cumplen, con eí signo - Se puede ver que se cumplen todas las condiciones en las frentes largas para este tipo de ademes.

u,05 cabezales que se sujetan juntos se pued en considerar como una ' viga continua apoyada en postes y se puede utilizar la fórmula de fle xión de la figura 1.36. __

a

-^má.x w ~ < °V

( 4. 6)

tn este ejemplo, donde la frente se sostiene por medio de cuatro cabe zales y de cuatro postes en una fila, el esfuerzo máximo de flexión es: 0.1a, • a • (/)2 a = ---------- ñ --------- < 1400 kg/cm2 = en donde ° l = Pre3ión deI íecho = 10.22 ton /m 2- = 1.022 kg/cm2 a - Distancia en tre las hileras = 70 cm. I  El claro (distancia entre los postes) = 125 cm. Si se toma una viga I, CÍ-90, con Wx - 62.5 cm3 {tabla 2.3): o=

■1-0 22 k ^ cm2 x 70 cm X (125 cm)2 62.5 cm3

= 1788.5 kg/cm2 que eSmayor que los 1,400 kg/cm2 del esfuerzo permisible del acero. Al tomar e, tamaño mas grande, es decir, Gí-100. Wx = 80 7 cm 3 se tiene lo siguiente : ' ;

4.4.2 4.4 4 .4.1

Tipos de ademes mecanizados

Se ha mejorado notablemente este tipo de ademe desde que se fabri caron por primera vez. En la actualidad, existen diferentes tipos de ademes caminantes que se han diseñado para varias condiciones. Es tos tipo.s pueden ser de cuña, armados, de escudo y de escudo y cuña. Solamente se proporcionará aquí una descripción sarcia! de esí^ diversos tipos.

ADEMES MECANIZADOS

Desarrollo de los ademes mecanizados

Este tipo de ademes se ha obte nido después de los grandes avances en los ademes de acero de las frentes largas. Hasta la Segunda Guerra

AOSMES DE ACEBO EN LAS FRENTES LARGAS

16 7

ADEMES MECANIZADOS

169

satisfacer en las frentes ferga/

Condiciones. ~ --------------------- --------- hidráulicos

Capacidad para satisfacer la presión Penetración en la roca del piso Precargado, factores humanos Cuidado con el corte del carbón

, . f rígidas

Cuñas rnecanizados

Ademes

_

+

+

+

+

+

__ __

+

+

__ ~

—

j .

2Ver referencia 2 .

figura A. I Gii [ 2 ,' p i ^ a s g a f *F f~ -'vy ajlj!l^.omas^ mue sÉra-en4a~ bl oq ue (c uñ a) co n' un Distó n h o r i ^ M Se C am pon e de 4 -1 0.. Los pistones se c o l e c t Í n T S c í ^ ^ les de acero , los cuales se r  f u ^ « íz a le s con sección de canade acero, jj » o z o nt al e m pu ja el tr an sp or ta do r. Un a d e n ^ t f p i - ^ d “ Y - 1 U° r Í' tas se muestra en ia finura 4 IQ b Í5? 70 " a con seis ? a' elementos que se y * « S ^ COn l e n t e s se prorege de los blooues de hn A * paríe trasera de cuña be za l) tie ne pr olo ng ac ion es p a r a ^ í t ^ 0 f 3’ ^ eSCUd? ríg id ° (ca ' pa sa do la m áq ui na de co rte . ^ ís c il° des pué s de qu e ha D o w t y en I ng la te rr a s e T u s t Í a ' e T k L u r a T ]

COmpañí a

m aqu eas de corte para cubrir =1 i™ f nspo rtado ry avanza con las (figura 4.1 i b ). la s piezas con t e " Ch° ^ "á m e n te de la frente; des pu ^ d" oue la ^ *J USW pSra ademar ei « * h o y se aíineail de nueyQ q, f Unf COrte ** pa5ad o- avan2aí* 110 q » - f ab ri ca c on u n i ia d " d e ** * ad™ «■I le con los elementos n u n Je r- d o sE lT rf ^ Ía fÍgUm pr ol on ga cio ne s par a so síe ne - la fr*n l» 3e artiCuI a >' tien e corte. • nSl la t ^ n t e inmediatamente después del

Figura 4 10 T¡po de cuna de

los ademes mecanizados

(a, b)

[2

27 5 ^ |

b)

J

es-

° e anf 1 compieto; -• ■* "» ;3' «#• * b . » i ^ a l í ‘L z l t “ra T S T 1 •’ * d°ble 5, «™ »™ d. In st o *  o o ¿ V pos^nor;

3,

füdrau-icas:

, escuoo

0

a e P 1 S0 p a n e i 3 nt ié n P « * ™ ; ?■ e s tr u c tu r a de la b as e a n t i í lu j o ; 9 . v i h - u i a d e c o n t r o l h id r á u l i c o - ¡Ó m a n « t t « s

„amo rtiguador (o estabilizador); 12 . bar ras del ma rco ’

AOSMES DE ACEBO EN LAS FRENTES LARGAS

ADEMES MECANIZADOS

169

satisfacer en las frentes ferga/

Condiciones. ~ --------------------- --------- hidráulicos

Capacidad para satisfacer la presión Penetración en la roca del piso Precargado, factores humanos Cuidado con el corte del carbón

, . f rígidas

Cuñas rnecanizados

Ademes

_

+

+

+

+

+

__ __

+

+

__ ~

—

j .

2Ver referencia 2 .

figura A. I Gii [ 2 ,' p i ^ a s g a f *F f~ -'vy ajlj!l^.omas^ mue sÉra-en4a~ bl oq ue (c uñ a) co n' un Distó n h o r i ^ M Se C am pon e de 4 -1 0.. Los pistones se c o l e c t Í n T S c í ^ ^ les de acero , los cuales se r  f u ^ « íz a le s con sección de canade acero, jj » o z o nt al e m pu ja el tr an sp or ta do r. Un a d e n ^ t f p i - ^ d “ Y - 1 U° r Í' tas se muestra en ia finura 4 IQ b Í5? 70 " a con seis ? a' elementos que se y * « S ^ COn l e n t e s se prorege de los blooues de hn A * paríe trasera de cuña be za l) tie ne pr olo ng ac ion es p a r a ^ í t ^ 0 f 3’ ^ eSCUd? ríg id ° (ca ' pa sa do la m áq ui na de co rte . ^ ís c il° des pué s de qu e ha D o w t y en I ng la te rr a s e T u s t Í a ' e T k L u r a T ]

COmpañí a

m aqu eas de corte para cubrir =1 i™ f nspo rtado ry avanza con las (figura 4.1 i b ). la s piezas con t e " Ch° ^ "á m e n te de la frente; des pu ^ d" oue la ^ *J USW pSra ademar ei « * h o y se aíineail de nueyQ q, f Unf COrte ** pa5ad o- avan2aí* 110 q » - f ab ri ca c on u n i ia d " d e ** * ad™ «■I le con los elementos n u n Je r- d o sE lT rf ^ Ía fÍgUm pr ol on ga cio ne s par a so síe ne - la fr*n l» 3e artiCuI a >' tien e corte. • nSl la t ^ n t e inmediatamente después del

Figura 4 10 T¡po de cuna de

los ademes mecanizados

(a, b)

[2

27 5 ^ |

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„amo rtiguador (o estabilizador); 12 . bar ras del ma rco ’

ademes mecanizados

171

Más recientemente, y en relación con las frentes de fácil hundi miento, se han desarrollado ademes de escudo. Éstos se componen de una placa inclinada cuyo extremo inferior se articula con la placa ho rizontal de base que se asienta en el piso, mientras que el extremo superior se articula con el escudo horizontal que está en contacto con el techo. El escudo “calibrador” tiene una conexión simple entre la bas e y ei esc ud o, de m an er a qu e cu an do los cili nd ros hidr ául ico s se ' extienden, la pun ta del escudo del tech o se aleja del limite de la fren te y cuando se acortan, el escudo avanza (figura 4.12a) ¡29, página • 2363- En el escudo de “lemniscata ”, una articulación especial entre la base y el escudo para el relleno de material de desechos mantiene una distancia constante entre la frente y el extremo del escudo, ya sea que los cilindros hidráulicos se muevan hacia arriba o hacia abajo (figura 4.12¿>). Bajo tales condiciones, ei sistema forma una palanca de dos brazos y los cilindros hidráulicos pueden atacar con el brazo corto de la palanca debajo de la conexión . R ecientemente, se ha desa. rrollado un escudo de adem e de cuatro patas o piernas: las dos patas po ste rio re s re ac cio na n en tre la ba se y el mi sm o esc udo , mi en tra s que las patas delanteras reaccionan entre la base y el escudo del techo (fi gura 4.12c) [29].

i

4.4.3

Descripción de los ademes mecanizados

( Todos los ademes caminantes, sin importar su tipo, se componen de un escudo, una base, patas hidráulicas y un sistema de control. La ta¿ bla 4.3 propo rciona las dimensiones y los datos de operación para cada tipo de ademe, dando a la vez los límites inferiores y superiores.

figur a 4.11 ripo de marco de ios ademes mecanizados (a b ■-H? >o ctt

,

1’id riu & =1' 3" fe ÍSl n i ve l ad o re s c on l o n a p u i a - / ^ ’ * ' FÜCaS de S0p0rtt: de los toraiHcs a r ti c ul a d o. l 0 r a ‘“ ' u r u a ’ 6 - « « * o « m a t e o o r e g ul a do r ; 7 , p a t a; 5 , e s cu d o

i

i

Es cu dos . Ei tamaño del escudo varia desde 1.61 hasta 9.4 irr con una presión máxima en el techo gue_ origine deformación de 4.2 a 33.2 kg/ern2,. Los marcos de ios escudos pueden ser de cualquier forma, pe ro los per file s re cta ng ula re s so n los má s co mu nes . Un ma rco de es cudo cubre un área menor del 70% de la frente. Un escudo de cuna es generalmente una pieza sólida que se articula para acomodarse a las irregularidades o cavidades del techo. Los escudos sólidos se utili zan para mantener un promedio de 41% de su área en contacto con ei tec ho; dicha área de contacto se increme nta hasta en un 68% cuan do se utiliza un escudo articulado. Los escudos de cuña varían desde 0.19 hasta 3.37 m2 de tamaño y suministran una presión por carga que origine deformación de 7 a 35 kg/crcr. El área totalmente rorti-

ademes mecanizados

171

Más recientemente, y en relación con las frentes de fácil hundi miento, se han desarrollado ademes de escudo. Éstos se componen de una placa inclinada cuyo extremo inferior se articula con la placa ho rizontal de base que se asienta en el piso, mientras que el extremo superior se articula con el escudo horizontal que está en contacto con el techo. El escudo “calibrador” tiene una conexión simple entre la bas e y ei esc ud o, de m an er a qu e cu an do los cili nd ros hidr ául ico s se ' extienden, la pun ta del escudo del tech o se aleja del limite de la fren te y cuando se acortan, el escudo avanza (figura 4.12a) ¡29, página • 2363- En el escudo de “lemniscata ”, una articulación especial entre la base y el escudo para el relleno de material de desechos mantiene una distancia constante entre la frente y el extremo del escudo, ya sea que los cilindros hidráulicos se muevan hacia arriba o hacia abajo (figura 4.12¿>). Bajo tales condiciones, ei sistema forma una palanca de dos brazos y los cilindros hidráulicos pueden atacar con el brazo corto de la palanca debajo de la conexión . R ecientemente, se ha desa. rrollado un escudo de adem e de cuatro patas o piernas: las dos patas po ste rio re s re ac cio na n en tre la ba se y el mi sm o esc udo , mi en tra s que las patas delanteras reaccionan entre la base y el escudo del techo (fi gura 4.12c) [29].

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4.4.3

Descripción de los ademes mecanizados

( Todos los ademes caminantes, sin importar su tipo, se componen de un escudo, una base, patas hidráulicas y un sistema de control. La ta¿ bla 4.3 propo rciona las dimensiones y los datos de operación para cada tipo de ademe, dando a la vez los límites inferiores y superiores.

figur a 4.11 ripo de marco de ios ademes mecanizados (a b ■-H? >o ctt

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Es cu dos . Ei tamaño del escudo varia desde 1.61 hasta 9.4 irr con una presión máxima en el techo gue_ origine deformación de 4.2 a 33.2 kg/ern2,. Los marcos de ios escudos pueden ser de cualquier forma, pe ro los per file s re cta ng ula re s so n los má s co mu nes . Un ma rco de es cudo cubre un área menor del 70% de la frente. Un escudo de cuna es generalmente una pieza sólida que se articula para acomodarse a las irregularidades o cavidades del techo. Los escudos sólidos se utili zan para mantener un promedio de 41% de su área en contacto con ei tec ho; dicha área de contacto se increme nta hasta en un 68% cuan do se utiliza un escudo articulado. Los escudos de cuña varían desde 0.19 hasta 3.37 m2 de tamaño y suministran una presión por carga que origine deformación de 7 a 35 kg/crcr. El área totalmente rorti-

i

172 ADcMco CE ACERO EN LAS FRENTES

LARCAS

ADEMES MECANIZADOS 173

Figura 4.12 (Continuación),

f * *** **

29-aí ■ * « "caminante"

3, cnaroeia; 4, base; 5, patas; 6 7á1vuú rf reve no de material de desech os' c°; 3, piuca de avance para difusión- 9 *“d rauljco; 7. martinete hidrauliPiaca contra la'asíiIJadura. 5 ) £SCL ' r i 7portadord e artesas; 30, manguera-1 i

,/ olv : *uiar de j *h id rá ul ic o- ? c onmMs™ c on tr ol i * » * »•

-

s P á t í í ^ T ^ T ^ ^ CUÍ5a Va™ ^ ¡ m , n ú entre el 85 y e> hasta ^4 Wm de de tiamano l rente'con un area oromeriin de defensa nuctúan 1 _2 cdesde , 2.6 do ei escudo del relleno del materia! ' ¿ Z t c h c ^ Z T carga promedio que origine deformac ión me"nor dé 28 pr o rege n el á rea to ta l de la fr en te . ^ * £s t0s

' ■e-5a caDat,. do : 2-¿ - I 'c mn jsc at a:4 , b as h id rá ulic o; 8, Piaca d c ¿ * £ * J

I l = § l i mejor estabilidad r acíi n i - - / ! , ’ ‘ ^ Ga PuA * de 0258

= ? “ 5 -U kase sonda proporciona prov ista de pat ine s; el di«*-

172 ADcMco CE ACERO EN LAS FRENTES

LARCAS

ADEMES MECANIZADOS 173

Figura 4.12 (Continuación),

f * *** **

29-aí ■ * « "caminante"

3, cnaroeia; 4, base; 5, patas; 6 7á1vuú rf reve no de material de desech os' c°; 3, piuca de avance para difusión- 9 *“d rauljco; 7. martinete hidrauliPiaca contra la'asíiIJadura. 5 ) £SCL ' r i 7portadord e artesas; 30, manguera-1 i

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ademes mecanizados

175

ño mas común es una combinación de im patín trasero con un solo pa tín de lan ter o div idid o. Las placas de base para los ademes de cuna y de escudo tienen Mm per for aci ón en el ce nt ro de ap ro xi m ad am en te 25 cm .d e ancho que se abre nacía el piso sobre la longitud total de la base, así que los de sechos pueden pasar hacia el relleno de material Las barras o v a ri lt de guía se usan para trasladar 3a fuerza del martinete v guiar las uni dades de ademe d ura nte el avance, sin cargas laterales excesivas R fondo de la ansia delantera, generalmente, se nivela sobre una lon-tud aproximada de 15 cm para reducir la carga en el extremo e dir que penetre en el piso [29, página 240j. . El area de con tacto con el piso fluctúa desde 0.8 hasta 4 m 2 para ademes de cuna y de 0.13 a 2.75 para ademes ánod os. El J £ ó opümo de la placa de base para un suelo específico del manto gu„ su presión por carga unitaria que origine deformación es menor que' la capacidad de carga de las rocas del piso. Q Pata s (G ato s). El diámetro interior de ios gatos hidráulicos de 'os T ^ Z C7 \ T S r \ d£ 1 0 2 3 0 Cm C° n ^ o pe ra ci ón de bomba hidráulica. Cuando se levantan los gatos contra d ted io la carga total que se ejerce sobre el mismo es: P = P ¡  Á  n

í47^

en donde P = Carga total de montaje, en kilogramos. P¡ = Presión hidráulica de opera ción, en kilogramos entre cen tímetro cuadrado. A I ¿ " ea * 'a 5ecciór‘ transversal. en centímetros cuadrados h — ¡Numero de patas. Después de eso, cuando el techo se empieza a hundir, se hacen retro ceder los gatos hidráulicos y se incrementa la presión hidráulica en los gatos. Para evnar que el pistón hidráulico se caiga hasta el fondo de cilindro y se ponga “firme", se suministra una vahóla cedente con r l or.e pora cada ademe . C uand o se inc reme nta 1a presión en los »a>0s hasta un cierto „.vei, la válvula cedente se abnrá automáticame,^ y SradUaimente- La prcsión a la cuaI la ceden-e se JJD.a, se llama precisamente presión cedente o presión d- cdenoa; la carga correspondiente que se aplica en el techo, se ll:nna

ademes mecanizados

175

ño mas común es una combinación de im patín trasero con un solo pa tín de lan ter o div idid o. Las placas de base para los ademes de cuna y de escudo tienen Mm per for aci ón en el ce nt ro de ap ro xi m ad am en te 25 cm .d e ancho que se abre nacía el piso sobre la longitud total de la base, así que los de sechos pueden pasar hacia el relleno de material Las barras o v a ri lt de guía se usan para trasladar 3a fuerza del martinete v guiar las uni dades de ademe d ura nte el avance, sin cargas laterales excesivas R fondo de la ansia delantera, generalmente, se nivela sobre una lon-tud aproximada de 15 cm para reducir la carga en el extremo e dir que penetre en el piso [29, página 240j. . El area de con tacto con el piso fluctúa desde 0.8 hasta 4 m 2 para ademes de cuna y de 0.13 a 2.75 para ademes ánod os. El J £ ó opümo de la placa de base para un suelo específico del manto gu„ su presión por carga unitaria que origine deformación es menor que' la capacidad de carga de las rocas del piso. Q Pata s (G ato s). El diámetro interior de ios gatos hidráulicos de 'os T ^ Z C7 \ T S r \ d£ 1 0 2 3 0 Cm C° n ^ o pe ra ci ón de bomba hidráulica. Cuando se levantan los gatos contra d ted io la carga total que se ejerce sobre el mismo es: P = P ¡  Á  n

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en donde P = Carga total de montaje, en kilogramos. P¡ = Presión hidráulica de opera ción, en kilogramos entre cen tímetro cuadrado. A I ¿ " ea * 'a 5ecciór‘ transversal. en centímetros cuadrados h — ¡Numero de patas. Después de eso, cuando el techo se empieza a hundir, se hacen retro ceder los gatos hidráulicos y se incrementa la presión hidráulica en los gatos. Para evnar que el pistón hidráulico se caiga hasta el fondo de cilindro y se ponga “firme", se suministra una vahóla cedente con r l or.e pora cada ademe . C uand o se inc reme nta 1a presión en los »a>0s hasta un cierto „.vei, la válvula cedente se abnrá automáticame,^ y SradUaimente- La prcsión a la cuaI la ceden-e se JJD.a, se llama precisamente presión cedente o presión d- cdenoa; la carga correspondiente que se aplica en el techo, se ll:nna

176 ADSMSS 0£ ACERO EN LAS FRENTES LARGAS OiSEÑO DE LOS ADEMES MECANIZADOS 177

taran el gasto. Entonc es, se deb e escoger la capacidad con-ecta de lo, S “ ^ * > « ^ fluidos hi. na 2431: j ; de a c d (e f * * agua en aceite al 40% •3^ sníiTri^ri'> r • A 57c i V emulsion.de d e p e tr ó le o re f in a d o L o s r t S o s b í “ **“ 31 5 ° % ; 4 ) a Ce ite fluidos hidráulicos de los adem es 1 “ ^ t “ ‘0S d eb en s e r i nf la m ab le s y d e b en t e n e r a i- , f , C? t 0 ’V!SC0SÍd^ . químicos ai ponerse en contacto rn ¡ lsíenaa a Ios cambios ser altamente resistente a la carm ** * aJ e'-~Adem as’ eí Anido debe atrapado no sólo 8en” ra c a tr l T * eSPUma’ POrC^ d «¡™ que tainbién causa daSos m M * “ m prille eJ fluid°. «¡no den bajo la carga. La lubricación Tla ^ ro ftc ^ b“rbujaS de s k e ce' •

cad“

C erJaS CO ndÍd0nK 8e0lÓS“ S * *

- ¿ - o

en

Para el diseño de ademes “c amina ntes” no pv¡,fs „n ■ sistema establecido de fórmulas. Casi cada país ha esta ble cM otfo ro0 pro s sis tema s. P o rl o ta n to , se de sc rib irá n lo s s iste mas us ad os p or p a l 4.5.1

Parám etros relacionados con los ademes

Pre sión de ced enc ia. Existe un a relación entre la presión de cedencia y la presión de opera ción: ceaencia ^

= 3-2 5^

( 4.8 )

en donde

SOn ,ambién ‘»'P O rtU ta * * p ro te s» las parteTm óvflÍ. * F> ~ drado°n dS CedenC‘a’ en kíl°8ramos entre centímetro cuad cv ar ia s“ * “ • adorne desde la unidad vec-'m-3 ) nnP -- operacion manual en cada tos de la frente; 4} l t r-nl ^ ^ mMUal dtísdü P«ntosselec pr im er m ét od o de co nt ro l q i i ^ u ^ 0 ^ ejU rad a de iaga 3¿n' a- E3 ble ma s de seg uri dad F? * “ > Pnm eros diseños riene prote rc e rm é U o “ ' cL 2 ^ S ólo c on u n a o p er ac ió n te (piña). “

’■^

'

- P u e n t e " El ^ c u ai 'í o r ae t o d ^ a d o p t a aü íoma£ica de la máquina de cor-'

DISE ÑO D ü i-OS ADEMES MECANIZADOS

F‘ = dr ad o n ^

° P e r a dÓ n ’ “ l o g r a m o s p o r c e n tí m e tr o c ua -

D út zn ci a en tre los ade me s. Esta distancia es importante en los cálcu os y depende de las condrciones del piso y del techo, de la capacidad secho^ ' J m S’ de hS condiciones del «U »o de material de de sechos (hundimientos), y del ritmo del avance. Generalment- se to ma como 1.2 m de centro a centro. Se señala como c en la ¿ ra 4.2 D m m á a j h , ad em e en fe fr en te . Existe siempre una pequeña distan“ ,r-S‘ít ó :.Sarbon de la fre nte y el extrem o del escudo. Esta distancia

E v t z *? coníoims corta la máquina de e x tr a- ¡° n y pue d1: ; 3“ “ ^

* . » * * * « Para intervienen en el contro l de los etira toS° i^ ma de ademe. Por ejemplo si los ad-m-* h f n dco síod el siste m a n e n te ch os f ue rt es , de h u n d í r m e l e d - M ? Ca^ c id a dd e ca ^ a s e ran la presión el techo n> ademes no soportaP re sio ne s e x c ¿ s ^ p Z T r i T a / ^ r : ^ ^ ^ * en ios ademes. Por el con t— A «• ^ de mantením]enío dad de carga en un te ch o d ^ V ^ r ^ —n - r ^ ^ **** Capaci" uso innecesario de ¡os ademes 7 ^ 1T ^ * teCh° ’ y eJ ‘u;i!-s ' de alto costo incremen-

como

i i ' s z z r **kprofund¡daddd

^

D en sid ad de carga. La densidad de carga se obtiene con la fórmula síguíente: n

F C4-f/o)c

en donde n = Densidad de carga, en toneladas por metro cuadrado / - Capac:uad de carga del ademe, en toneladas.

(4-9)

176 ADSMSS 0£ ACERO EN LAS FRENTES LARGAS OiSEÑO DE LOS ADEMES MECANIZADOS 177

taran el gasto. Entonc es, se deb e escoger la capacidad con-ecta de lo, S “ ^ * > « ^ fluidos hi. na 2431: j ; de a c d (e f * * agua en aceite al 40% •3^ sníiTri^ri'> r • A 57c i V emulsion.de d e p e tr ó le o re f in a d o L o s r t S o s b í “ **“ 31 5 ° % ; 4 ) a Ce ite fluidos hidráulicos de los adem es 1 “ ^ t “ ‘0S d eb en s e r i nf la m ab le s y d e b en t e n e r a i- , f , C? t 0 ’V!SC0SÍd^ . químicos ai ponerse en contacto rn ¡ lsíenaa a Ios cambios ser altamente resistente a la carm ** * aJ e'-~Adem as’ eí Anido debe atrapado no sólo 8en” ra c a tr l T * eSPUma’ POrC^ d «¡™ que tainbién causa daSos m M * “ m prille eJ fluid°. «¡no den bajo la carga. La lubricación Tla ^ ro ftc ^ b“rbujaS de s k e ce' •

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Para el diseño de ademes “c amina ntes” no pv¡,fs „n ■ sistema establecido de fórmulas. Casi cada país ha esta ble cM otfo ro0 pro s sis tema s. P o rl o ta n to , se de sc rib irá n lo s s iste mas us ad os p or p a l 4.5.1

Parám etros relacionados con los ademes

Pre sión de ced enc ia. Existe un a relación entre la presión de cedencia y la presión de opera ción: ceaencia ^

= 3-2 5^

( 4.8 )

en donde

SOn ,ambién ‘»'P O rtU ta * * p ro te s» las parteTm óvflÍ. * F> ~ drado°n dS CedenC‘a’ en kíl°8ramos entre centímetro cuad cv ar ia s“ * “ • adorne desde la unidad vec-'m-3 ) nnP -- operacion manual en cada tos de la frente; 4} l t r-nl ^ ^ mMUal dtísdü P«ntosselec pr im er m ét od o de co nt ro l q i i ^ u ^ 0 ^ ejU rad a de iaga 3¿n' a- E3 ble ma s de seg uri dad F? * “ > Pnm eros diseños riene prote rc e rm é U o “ ' cL 2 ^ S ólo c on u n a o p er ac ió n te (piña). “

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D út zn ci a en tre los ade me s. Esta distancia es importante en los cálcu os y depende de las condrciones del piso y del techo, de la capacidad

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secho^ ' J m S’ de hS condiciones del «U »o de material de de sechos (hundimientos), y del ritmo del avance. Generalment- se to ma como 1.2 m de centro a centro. Se señala como c en la ¿ ra 4.2 D m m á a j h , ad em e en fe fr en te . Existe siempre una pequeña distan“ ,r-S‘ít ó :.Sarbon de la fre nte y el extrem o del escudo. Esta distancia

DISE ÑO D ü i-OS ADEMES MECANIZADOS

E v t z *? coníoims corta la máquina de e x tr a- ¡° n y pue d1: ; 3“ “ como

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n

A ltu ra s m áx im as y mí nim as . “Máximo” y “m ínimo ” definen las altu ras de trabajo de los ademes de acuerdo con las'condiciones geológi cas y la evaluación de convergencia de la frente . D ebido a los cambios en el espesor dei manto, algo del carbón se deja en el techo, tal como, se indica en la figura 4.13. Las alturas de trabajo se obtienen por me dio de la expresión siguiente [2, páginas 595, 5 97]: .

g T ir ^ =

DiSEÑO DE LOS ADEMES MECANIZADOS

m3V  m - c ■/

Como un ejemplo numérico, calcúlense las diferentes alturas en un manto p rome dio con /n av = 2.5, y con desviaciones m ' = 0.375 m. ** 7 ^

1- ™ ^

= 0.2556

‘min

(4.11)

/¡nix ~ A ltura máxima, en metros. h mín = Altura mínima, en metros.

=

h más ------= 1-1 X 1.8014= 1.98

( 4 J °5

en donde

179

m av ~ Espesor o potencia promedio, en metros. m ~ Desviaciones geológicas en ei espesor, en metros, c = Convergencia promed io, en milímetros por metro. / = Anchura (claro ademad o) de la frente, en metros.

YFL rn3.v

(4-9)

n = Densidad de carga, en toneladas por metro cuadrado / - Capac:uad de carga del ademe, en toneladas.

ls ~ Longitud del escudo, en metros. !0 = Longitud de la frente sin ademes, en metros. c = Distancia entre los ademes, en metros.

hmúx

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en donde

AOSMES D£ ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

.

^

D en sid ad de carga. La densidad de carga se obtiene con la fórmula síguíente:

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178

i i ' s z z r **kprofund¡daddd

Esto significa que e! adem e deb erá tener un a altura casi dei doble de la que tenga el laborío más bajo. En la ecuación (4.11) se substituyen los valores toma dos de la tabla 4.4 para calcularlos espesores mínimos correspondientes a varias a-ñchuras de la frente.

Tabla 4.4 Alturas m ínimas que se recomiendan para los ademes mecanizados pa ra diferentes espesores dei manto 2

Espe sor prom edio del manto fm )

Convergencia fm m/ m}

0.70 Q.80 0.90

40

1.00 1.50 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 3.00 3.20 - .¿T-ira 4. ¿3 Alturas de trabajo de! manto para ¡es ademus “caminarucs” (2j.

50

Desvia ciones geológicas f/ nj

13 .0 ni

0.68 0.78 O.SS

0.65 0.75 0.85

0.63 0.73 0.83

0.05 0.10 0.15 0.15

0.56 1.51 1.86 2.06

0.93 1.48 J.83 2.03

0.90 1.45 1.80 2.00

2.26 2.46 2.66 3.06 5.26

2.20 2.40 2.60 3.00 3.20

2.16 2.36 2.56 2.96 3.15

o

0.20

aV'ar fi ifrrcncia s Z y 53,

l —1.75 m l - 2.5 m

0.05

o

SO

Altu ras míni mas de los ademes mecanizadas

o H o

0.20 0.25

178

AOSMES D£ ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

DiSEÑO DE LOS ADEMES MECANIZADOS

ls ~ Longitud del escudo, en metros. !0 = Longitud de la frente sin ademes, en metros. c = Distancia entre los ademes, en metros. A ltu ra s m áx im as y mí nim as . “Máximo” y “m ínimo ” definen las altu ras de trabajo de los ademes de acuerdo con las'condiciones geológi cas y la evaluación de convergencia de la frente . D ebido a los cambios en el espesor dei manto, algo del carbón se deja en el techo, tal como, se indica en la figura 4.13. Las alturas de trabajo se obtienen por me dio de la expresión siguiente [2, páginas 595, 5 97]: hmúx

.

.

g T ir ^ =

m av ~ Espesor o potencia promedio, en metros. m ~ Desviaciones geológicas en ei espesor, en metros, c = Convergencia promed io, en milímetros por metro. / = Anchura (claro ademad o) de la frente, en metros. Como un ejemplo numérico, calcúlense las diferentes alturas en un manto p rome dio con /n av = 2.5, y con desviaciones m ' = 0.375 m. ** 7 ^

YFL

m3V  m - c ■/

1- ™ ^

= 0.2556

‘min

(4.11)

en donde

=

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( 4 J °5

rn3.v

179

Esto significa que e! adem e deb erá tener un a altura casi dei doble de la que tenga el laborío más bajo. En la ecuación (4.11) se substituyen los valores toma dos de la tabla 4.4 para calcularlos espesores mínimos correspondientes a varias a-ñchuras de la frente.

/¡nix ~ A ltura máxima, en metros. h mín = Altura mínima, en metros.

Tabla 4.4 Alturas m ínimas que se recomiendan para los ademes mecanizados pa ra diferentes espesores dei manto 2

Espe sor prom edio del manto fm )

Convergencia fm m/ m}

0.70 Q.80 0.90

40

1.00 1.50 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 3.00 3.20 - .¿T-ira 4. ¿3 Alturas de trabajo de! manto para ¡es ademus “caminarucs” (2j.

ADEMES DE ACERO' EN LAS FRENTES LARGAS

Desvia ciones geológicas f/ nj

50

Altu ras míni mas de los ademes mecanizadas l —1.75 m l - 2.5 m

0.05

0.68 0.78 O.SS

0.65 0.75 0.85

0.63 0.73 0.83

0.05 0.10 0.15 0.15

0.56 1.51 1.86 2.06

0.93 1.48 J.83 2.03

0.90 1.45 1.80 2.00

2.26 2.46 2.66 3.06 5.26

2.20 2.40 2.60 3.00 3.20

2.16 2.36 2.56 2.96 3.15

o

o

0.20

o H o

SO

13 .0 ni

0.20 0.25

aV'ar fi ifrrcncia s Z y 53,

DISEÑO DE LOS ADEMES MECANIZADOS

181

4.5.2

Sistema alemán

Tacho principa)

Las capacidades de carga de los ademes caminantes de cuña y de es cudo se calculan como se muestra en la figura 4.14 [55,2, página 605]. Para los ademes de cuña (figura 4.14c7), al utilizar un factor de seguridad n, co n K = 1.5, 7 = 2.5 'ton/m3, se tiene que: ■^max = 5fi;n

(4.12)

en donde F míx ” Capac idad máxima de carga del ademe de cuña, en to neladas por metro cuadrado. m = Potencia del manto, en metros. n = Fa ctor de seguridad, en general se toma como igual a 2. Para los ademes de escudo, como se ve en las figuras 4.14b y c:

f

= y•V r

(4-13)

en donde• F = Capacidad de carga, en toneladas. R = Reac ción del pistón, en toneladas. L f — Distancia de la carga recibida a la charnela o articulación po ste ri or , en me tro s. L r = Distancia dei pistón a la chamela o articulación posterior, en metros. . 4.5.3

(él

Sistema inglés

En este sistema, el peso del techo inmediato se toma en consideración, com o se muestra en la figura 4.14, y se obtiene po r medio de la fór mula siguiente: jC*m(n =

7 — - ----

A - í

(4.14)

en donde F mún ~ C apacidad mínima del ademe, e n toneladas por metro cuadrado.

Co rp s hoóru-:a cu ñ j v ._•! ü.;i;U(jc

uc

. ¡ns

10i

,,

V

e a r m j ? a ¡i tv s [ 2 . 5 5 ] .

ADEMES DE ACERO' EN LAS FRENTES LARGAS

DISEÑO DE LOS ADEMES MECANIZADOS

181

4.5.2

Sistema alemán

Tacho principa)

Las capacidades de carga de los ademes caminantes de cuña y de es cudo se calculan como se muestra en la figura 4.14 [55,2, página 605]. Para los ademes de cuña (figura 4.14c7), al utilizar un factor de seguridad n, co n K = 1.5, 7 = 2.5 'ton/m3, se tiene que: ■^max = 5fi;n

(4.12)

en donde F míx ” Capac idad máxima de carga del ademe de cuña, en to neladas por metro cuadrado. m = Potencia del manto, en metros. n = Fa ctor de seguridad, en general se toma como igual a 2. Para los ademes de escudo, como se ve en las figuras 4.14b y c:

f

= y•V r

(4-13)

en donde• F = Capacidad de carga, en toneladas. R = Reac ción del pistón, en toneladas. L f — Distancia de la carga recibida a la charnela o articulación po ste ri or , en me tro s. L r = Distancia dei pistón a la chamela o articulación posterior, en metros. . 4.5.3

(él

Sistema inglés

En este sistema, el peso del techo inmediato se toma en consideración, com o se muestra en la figura 4.14, y se obtiene po r medio de la fór mula siguiente: jC*m(n =

7 — - ----

A - í

(4.14)

en donde F mún ~ C apacidad mínima del ademe, e n toneladas por metro cuadrado.

Co rp s hoóru-:a cu ñ j v ._•! ü.;i;U(jc

. ¡ns

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•J82;

AOEM ES OE ACERO EN LAS FRENTES LÁRC3AS

10i

,,

V

e a r m j ? a ¡i tv s [ 2 . 5 5 ] .

DISEÑO DE LOS AOEMES MECANIZADOS

18 3

m = P otencia del manto. 7 = Densidad de! techo inmediato, en toneladas entre me tro cúbico. K = Fac tor de expansión dei techo inmed iato; se puede to mar como 1.5, en promedio. Para obtener los valores de K, recurra a la sección 1.3.3: “Presión en •las frentes largas”. W, Wilson [56, página 57] ha analizado las cargas bajo condicio nes inclinadas y a nivel. En los ma ntos inclinados, la carga en los ade mes se obtiene con la fórmula siguiente, como se muestra.en la figura

Ánguio S da mci¡nacjón de¡ manto

Figura 4.16 Variación d e las cargas con e l ángulo d e i n c l in a c i ó n [ 56].

4‘1?; y se calcuian y se grafican varias cargas contra el ángulo de ínc’inac:on dado en la figura 4.16 [56, páginas 585-536]. f = w (

^

\

\tan
j

if.oj

®n donde

.Figurs 4.15 Cur?ss sobre los m aníes inclinados [5«].

Í M' 5 ¥>

I 5 3rSa de aÍU3te 0 de r°’ación d d adem a, en toneladas. - Peso deí bloque sobre el ademe, en toneladas. = Angulo de inclinación, en grados. == Angulo de fricción enrrs ei techo inmediato y el tedio orircipal.

•J82;

AOEM ES OE ACERO EN LAS FRENTES LÁRC3AS

DISEÑO DE LOS AOEMES MECANIZADOS

18 3

m = P otencia del manto. 7 = Densidad de! techo inmediato, en toneladas entre me tro cúbico. K = Fac tor de expansión dei techo inmed iato; se puede to mar como 1.5, en promedio. Para obtener los valores de K, recurra a la sección 1.3.3: “Presión en •las frentes largas”. W, Wilson [56, página 57] ha analizado las cargas bajo condicio nes inclinadas y a nivel. En los ma ntos inclinados, la carga en los ade mes se obtiene con la fórmula siguiente, como se muestra.en la figura

Ánguio S da mci¡nacjón de¡ manto

Figura 4.16 Variación d e las cargas con e l ángulo d e i n c l in a c i ó n [ 56].

4‘1?; y se calcuian y se grafican varias cargas contra el ángulo de ínc’inac:on dado en la figura 4.16 [56, páginas 585-536]. f = w (

^

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®n donde Í M' 5 ¥>

.Figurs 4.15 Cur?ss sobre los m aníes inclinados [5«].

I 5 3rSa de aÍU3te 0 de r°’ación d d adem a, en toneladas. - Peso deí bloque sobre el ademe, en toneladas. = Angulo de inclinación, en grados. == Angulo de fricción enrrs ei techo inmediato y el tedio orircipal.

184 a d e m e s oe acero en las frentes largas diseño

d e l o s a d e m e s m e c a n i z a d o s

18:

n d

: N üm er° de 1^ 2 ^ ! ” ' “ '” , * COmo °'9f ” a n te " P 0 r m e tr O lin ea l d e i af rt “ n M a d em ' “« •

* = La distancia entre la parte ™ í 4 A 7 ) ’ en ” « « * • = J ® d i r ( fi gu r a 4 . 17 ) ,. e n m e t r o s " • ' a de “ e y d t e d ' ° « n Espesor del manto, en metros. cúbico. 4 .5.4

Sistema austriaco

se puedeícalcÍar í o T o T ü u f ^ en

Ì“ 7'

0

Segün la ecuación (421) mr>f^ in cr em en te , el a de m e d e be r á U r m £ Z n rf ^ ^ d e m ,m ! « ) se nu.r esta área se deberán escoger 2 Í 7 S ^ para ° 1 ‘íje m es -mas resistentes. 4 -5.5

^ ’ pagma 617i momentos de ios ademes hidráulicos mento d= la carga muert; ¿ f s t c^ : S “ ser mayores que 01 m° R Ui + l  ¡ +l 3) > G t

d + e (4.16)

7

Gt ~&{d + e) (7 zsfXd + e ) _ J 2 _ A - i 7

i? =

Pa

i : -

]

7 7 -

(4.19) . (4.20) (4.21) ■

en donde

(4.22)

Cl7  ' ^ ~ ? =

Convergencia en ]a frente en mr avance. * ! n m*íimetros por metro de Espesor del manto (entre 0 R v 3 \ F a c to r d e h u n d im i e n to pa, ? ? '“ metr0i «lleno neumático: 0 j s rara r;. l e r  r en í° ; ° '6 í » ^ = Profundidad baio k i, ? ”0 nid™ l«o. ¡,000 m). " “ • en ® «ro s (entre 100 y

p*  Capacidad para soportar car a del , i po r m et ro de lo ng itu d de la íV en ^

** "

\ 7

(4.18)

i?0 > ~ £ ü ± i 2i « *

CuT= (qW)V*fí 1/4 ( 63 QQ

“ Ca min an t« ” ™ Josii-Jíi-Gouí1íol¡.'í f ir af ic ad as * ^

?n donde

A' - i 4

Sistema francés

las medidas de con ve íg^n aÍe n h T * Í i- 9j la fórmula Siguiente y por lo ianf lT?" ' Za n e * ^ m in as d e c a r bó n f 4 Ce ^ ;

(4.17)

ni?,

¿i + /2 + /3 = 2 c/

0

e* toneladas entre metro

d e SO PO rti * -

u o id a d h id rá ul ic a.

La apiK ctón de la ecuac ión ,.i • ' %¡M - J i pa“ > ^

’ * to ne l^

,

P ^ fu nr tid ad d ^“ -0 0 n“ :W “ ^ 4 ’ ' 3 í5 9 ’ m 'n dM «ntss «pcvjrcs

184 a d e m e s oe acero en las frentes largas diseño

d e l o s a d e m e s m e c a n i z a d o s

18:

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* = La distancia entre la parte ™ í 4 A 7 ) ’ en ” « « * • = J ® d i r ( fi gu r a 4 . 17 ) ,. e n m e t r o s " • ' a de “ e y d t e d ' ° « n Espesor del manto, en metros. cúbico. 4 .5.4

Sistema austriaco

se puedeícalcÍar í o T o T ü u f ^ en

Ì“ 7'

0

Segün la ecuación (421) mr>f^ in cr em en te , el a de m e d e be r á U r m £ Z n rf ^ ^ d e m ,m ! « ) se nu.r esta área se deberán escoger 2 Í 7 S ^ para ° 1 ‘íje m es -mas resistentes. 4 -5.5

^ ’ pagma 617i momentos de ios ademes hidráulicos mento d= la carga muert; ¿ f s t c^ : S “ ser mayores que 01 m° R Ui + l  ¡ +l 3) > G t

d + e (4.16)

7

Gt ~&{d + e) (7 zsfXd + e ) _ J 2 _ i? =

(4.19) . (4.20)

i?0 > ~ £ ü ± i 2i « *

Pa

i : -

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7 7 -

(4.21) ■

en donde

(4.22)

Cl7  ' ^ ~ ? =

Convergencia en ]a frente en mr avance. * ! n m*íimetros por metro de Espesor del manto (entre 0 R v 3 \ F a c to r d e h u n d im i e n to pa, ? ? '“ metr0i «lleno neumático: 0 j s rara r;. l e r  r en í° ; ° '6 í » ^ = Profundidad baio k i, ? ”0 nid™ l«o. ¡,000 m). " “ • en ® «ro s (entre 100 y

p*  Capacidad para soportar car a del , i po r m et ro de lo ng itu d de la íV en ^

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(4.18)

A' - i 4

CuT= (qW)V*fí 1/4 ( 63 QQ

“ Ca min an t« ” ™ Josii-Jíi-Gouí1íol¡.'í f ir af ic ad as * ^

?n donde

ni?,

¿i + /2 + /3 = 2 c/

0

Sistema francés

las medidas de con ve íg^n aÍe n h T * Í i- 9j la fórmula Siguiente y por lo ianf lT?" ' Za n e * ^ m in as d e c a r bó n f 4 Ce ^ ;

(4.17)

A - i 7

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d e SO PO rti * -

u o id a d h id rá ul ic a.

La apiK ctón de la ecuac ión ,.i • ' %¡M - J i pa“ > ^

=11 L.A3 f-i-itN !Cj>L ARGA S

Capacidad de soporte da carga Uon/rn)

m

o y h capac¡jad di “ porK

’ * to ne l^

,

P ^ fu nr tid ad d ^“ -0 0 n“ :W “ ^ 4 ’ ' 3 í5 9 ’ m 'n dM «ntss «pcvjrcs

DISEÑO OS LOS ADGiViSS MECANIZADOS

1S7

equivalentes qW . La convergencia disminuye rápidamen te para las ca pa cid ad es de car ga de 10 a 100 to n/ m . y no se d eb er á p er m iti r qu e la convergencia sea mayor de 40 mm/m. Se indican las características del tedio clasificadas en las catego rías A, B y C para las capacidades de soporte de las cargas que se de sean (en toneladas por metro) contra los espesores equivalentes de los mantos qW en la figura 4.19 [59, página 54]. Las características del techo A, se refieren a un “tech o fuerte y grueso” (de más de 1 m) formado de arenisca, lutita con arenisca, conglomerado v roca caliza fuerte. E xisten pocas fracturas y el techo está cortado form ando gran des bloques por medio de fisuras paralelas que se inclinan hacia la cámara rellena de material de desecho. B se refiere a una “cámara de desechos fue rte y estratificada” que se compone de estratos más delga dos y fr actu rad os en una malla más fina que en. A. La curva C se refiere a un '‘techó frágil” (carbón, esquisto margoso, lutita) ei cual se des pr en de en pe qu eñ os blo qu es tan pr on to com o en la fre nte . Co mo se indica en la figura, es suficiente un ademe para 140 ton/m en el techo frágil, mientras que se necesita una capacidad mínima de 250 ton/m pa ra los te ch os fu er te s y grue sos [59 ]. 4.5.6

Sistema polaco

El sistema polaco para el cálculo de ademes ‘"caminantes” se basa en las griecas ríe la frente. La capacidad promedio de soporte de un área ademada con tres unidades, se muestra en la figura 4.20 [60, 21. • P0 = -------- j ------- n

(4.23)

se tiene que

i/ll :'m¡

trabajo a unf"cSÍdldlVdíToü h?&

. « o , A, . , 0 , OTt. y

dcUspesorde

P» — Capacidad promedio de carga, en toneladas entre metro cuadrado. P¡ = Carga nominal de una unidad, en toneladas. P 2 = Carga sobre la unidad cuando avanza, en toneladas, se te ma como cero. P 3 = Carga sobre la unidad recién colocada, en toneladas. F — Area de la frente cubierta por tres ademes, en metros cua drados. ii = Factor de eficiencia de ¡os ademes, se toma alrededor de 0.8.

=11 L.A3 f-i-itN !Cj>L ARGA S

DISEÑO OS LOS ADGiViSS MECANIZADOS

equivalentes qW . La convergencia disminuye rápidamen te para las ca pa cid ad es de car ga de 10 a 100 to n/ m . y no se d eb er á p er m iti r qu e la convergencia sea mayor de 40 mm/m. Se indican las características del tedio clasificadas en las catego rías A, B y C para las capacidades de soporte de las cargas que se de sean (en toneladas por metro) contra los espesores equivalentes de los mantos qW en la figura 4.19 [59, página 54]. Las características del techo A, se refieren a un “tech o fuerte y grueso” (de más de 1 m) formado de arenisca, lutita con arenisca, conglomerado v roca caliza fuerte. E xisten pocas fracturas y el techo está cortado form ando gran des bloques por medio de fisuras paralelas que se inclinan hacia la cámara rellena de material de desecho. B se refiere a una “cámara de desechos fue rte y estratificada” que se compone de estratos más delga dos y fr actu rad os en una malla más fina que en. A. La curva C se refiere a un '‘techó frágil” (carbón, esquisto margoso, lutita) ei cual se des pr en de en pe qu eñ os blo qu es tan pr on to com o en la fre nte . Co mo se indica en la figura, es suficiente un ademe para 140 ton/m en el techo frágil, mientras que se necesita una capacidad mínima de 250 ton/m pa ra los te ch os fu er te s y grue sos [59 ].

Capacidad de soporte da carga Uon/rn)

m

1S7

o y h capac¡jad di “ porK

4.5.6

Sistema polaco

El sistema polaco para el cálculo de ademes ‘"caminantes” se basa en las griecas ríe la frente. La capacidad promedio de soporte de un área ademada con tres unidades, se muestra en la figura 4.20 [60, 21. • P0 = -------- j ------- n

(4.23)

se tiene que P» — Capacidad promedio de carga, en toneladas entre metro cuadrado. P¡ = Carga nominal de una unidad, en toneladas. P 2 = Carga sobre la unidad cuando avanza, en toneladas, se te ma como cero. P 3 = Carga sobre la unidad recién colocada, en toneladas. F — Area de la frente cubierta por tres ademes, en metros cua drados. ii = Factor de eficiencia de ¡os ademes, se toma alrededor de 0.8.

i/ll :'m¡

trabajo a unf"cSÍdldlVdíToü h?&

dcUspesorde

. « o , A, . , 0 , OTt. y

788 DISHÑO OE LOS ADEMES MSCANíZADOS 189

fienje haciendo un total de 4.6 m . La carga nomina] soportada es A 70 ton por pata o pierna, y el ademe armado que soonrt-, vamsnte una carga eS^ = - 23 ton por pierna. pa co n cu at ro pa tas . En ton ce s, qui ' ^ = 4 X 70 = 2 80 to n A = 0

- A = 4 X 23 = 9 2 to n F ~ 4.60 X (3 X 1.4} = 19.32 m3 p _ 28 0 + 0 + 92 ' 0 ]9_32 ^ Q-8 = 15.4 ton /m 2

grupos '•índices de te cho” co.no sede“ ^ ^ 4 ^ 7 El índice L dei techo se puede tomar de !a tabb 4 s ™ } u~ se puede calcular con la fórmula siguiente [60]: L = 0.00 64

(4 24)

M ía 4.5 fadices de techo para ]a evaluación de los , dimes m ecá nico s*

C ia rí a

I nd ia s da [ ec ha ¿

C a r a c r i * ^ i d , ech<]

0 < £ < 18

1

18 <

II

£ <

1Í

'

£ ‘ “ r b o n R d '!B P ® a K M e r e lt ec ho . a de m e! *

III

3 5 < i< 6 °

IV

60 < i < , 3 0 < 1 < 130 13 0< Z < 250

» 2 « z s s t i z s s / s ™

-or no se mu estr a en Ja fi.rU-a 4 ->o - V r '

" r

r



f c t5 k W “ *"<“ > » « t e , -

valores más peqaecos de ¿, se hunde ei c“-ho P a ra « l o r e s m ds g r a n « . „ t ec h o !e v u e i v m ° s « P - s e d e m = , iC OT Íad Bd ai Generalmente, el techo * hu„ds, „ero el H ,-« r ' nuen to es más difícil — E l t e ch o e s f u er te , n o y°r‘ S e h u n de c o n a te nc ió n s ^ d a i f u » d o e x p í e s ,

»

JilChura d« & frente . VCb) L > 2 5 0 • E3 ;echo « ap üc ar ios * » « • » d* — _____________ aViír rsi'erJncbs

2

y

60

.

.-«o'sc hunde ; 3, »O « , ¡as mina s. .......

788 DISHÑO OE LOS ADEMES MSCANíZADOS 189

fienje haciendo un total de 4.6 m . La carga nomina] soportada es A 70 ton por pata o pierna, y el ademe armado que soonrt-, vamsnte una carga eS^ = - 23 ton por pierna. pa co n cu at ro pa tas . En ton ce s, qui ' ^ = 4 X 70 = 2 80 to n A = 0

- A = 4 X 23 = 9 2 to n F ~ 4.60 X (3 X 1.4} = 19.32 m3 p _ 28 0 + 0 + 92 ' 0 ]9_32 ^ Q-8 = 15.4 ton /m 2

grupos '•índices de te cho” co.no sede“ ^ ^ 4 ^ 7 El índice L dei techo se puede tomar de !a tabb 4 s ™ } u~ se puede calcular con la fórmula siguiente [60]: L = 0.00 64

(4 24)

M ía 4.5 fadices de techo para ]a evaluación de los , dimes m ecá nico s*

C ia rí a

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0 < £ < 18

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^90

AOEMES DE ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

2

y

60

.-«o'sc hunde ; 3, »O « , ¡as mina s. .......

.

DISEÑO DE LOS ADEMES ¡MECANiZAOOS

191

en donde L - Indice dei techo: ab - Resistencia a la compresión uniaxial de la roca dei techo que se mide sobre especímenes secados en el laboratorio ^ en Kilogramos por centím etro cuadrado. i - Coeficiente de resistencia in sim , 0.33 para arenisca 0 50 pa ra hm oh ta . . K 2 = C oeficiente de fatiga, 0.70 para arenisca, 0.60 para limoiita, ^3 - Coeficiente de contenido de agua in situ, 0.60 para are nisca.

Las capacidades de soporte o carga de los ademes "caminantes” en toneladas por metro cuadrado, se proporcionan de acuerdo con el espesor del manto y con las condiciones del techo. Varios índices de techo (de las categorías III a V) se grafican en la figura 4.21 [60, 2]. Algunas compañías q ue fabrican ademes se indican en la figura. La distancia sin ademes delante de la frente se relaciona con el índice de techo y con las "lajas” que se forman en el techo, como se muestra en ia n gura 4 .22 [60, 2}. La altura de las lajas/z da un crite rio de las condiciones de trabajo:

es de ?o o S W ]l? ° H Para,arenÍSCa CUya resisten^ a la compresión es ce Jü u Kg/cm , e] índice de techo se convierte en: L = 0.0 06 4( 50 0) 1*7 X 0.33 X 0.70 X 0.60 -3 4 que corresponde a la categoría II en la tabla 4.5.

Rellano de

J

h > SUom

/ ¡ 'i matBrial cis /T\ 20

25

30

'? Yv, t desech0

CTOaci ds d de carsa (to n / m 2 }

ra 4.2i C je je ne s dv i t i ' t Z h o í ?

r Í¿r 3 dC ?CS a d em e s

L~J 15 ! b a jo d i fe r ía l e s

S 2i

Ib) X .

\£J !* '

^ ^0

pel igroso

_ 20 cm con

norroai

normal

.= 2? ,9 /. ! '

Figura -r.22 Distancia sin a'JyrriíS '¡.-gun [es !nJic«< do c.’cho [2, óGj. peJ i^ro so; 10
^90

AOEMES DE ACERO EN LAS FRENTES LARGAS

DISEÑO DE LOS ADEMES ¡MECANiZAOOS

191

en donde

Las capacidades de soporte o carga de los ademes "caminantes” en toneladas por metro cuadrado, se proporcionan de acuerdo con el espesor del manto y con las condiciones del techo. Varios índices de techo (de las categorías III a V) se grafican en la figura 4.21 [60, 2]. Algunas compañías q ue fabrican ademes se indican en la figura. La distancia sin ademes delante de la frente se relaciona con el índice de techo y con las "lajas” que se forman en el techo, como se muestra en ia n gura 4 .22 [60, 2}. La altura de las lajas/z da un crite rio de las condiciones de trabajo:

L - Indice dei techo: ab - Resistencia a la compresión uniaxial de la roca dei techo que se mide sobre especímenes secados en el laboratorio ^ en Kilogramos por centím etro cuadrado. i - Coeficiente de resistencia in sim , 0.33 para arenisca 0 50 pa ra hm oh ta . . K 2 = C oeficiente de fatiga, 0.70 para arenisca, 0.60 para limoiita, ^3 - Coeficiente de contenido de agua in situ, 0.60 para are nisca. es de ?o o S W ]l? ° H Para,arenÍSCa CUya resisten^ a la compresión es ce Jü u Kg/cm , e] índice de techo se convierte en: L = 0.0 06 4( 50 0) 1*7 X 0.33 X 0.70 X 0.60 -3 4 que corresponde a la categoría II en la tabla 4.5.

Rellano de

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/ ¡ 'i matBrial cis /T\ 20

25

30

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CTOaci ds d de carsa (to n / m 2 }

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Figura -r.22 Distancia sin a'JyrriíS '¡.-gun [es !nJic«< do c.’cho [2, óGj. peJ i^ro so; 10
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ADEMES OS ACcfJO EN LAS FRENTES

í-ARGas

D B E t o D E L O S A O £ M ES M EC A WZ A DO S

T a b l a . 4 | j £ _ Á r e a s p e r m i s i b le s

19 3 f L f ™

Carezor , i

índice

=

s

d ¡f e « t e s c o n d i c io n e s d e t e c h o

a

lecho L Condiciones ds techo

I

0-18

IJ

Limolita que forma vetillas acuifera, grietas sin adem e.’ Liraoijta fracturada, acuifera, techo quebradizo.

iS-35

III

35-60 60-230

IV

1- 2

L u n o l í t a d e h u n d i m i e n t o f á c il .

2- 5 5- 8

T e c h o d e h u n d i m i e n to t íp i c o , u r a o ü t a f u e r t e , e s q u i s to d e

V(a)

b tt ro are nis ca de gx M og ra es o.

130-250

R o c a f u e r t e c o n l i m o , a r e n is c a con grano de fino a medio

V(bj

"Vurreferencias

( t e c h o f u e r t e ).

>250

Sistemas de relleno para techos Sin hundim iento.

2 y 60.

C A S O 3: A n í e s d s ( co r t e c o n 2 0 p .e s ^ v o |a ^

2 0 < l < ? 0 r ^

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r C T t C S C O n -

figura 4.23 tsrirr.ación de U. S B u - m m of vr loS ™ P«¡mknHos de los ad em e, “c a m Ü ”

4'07 Sistema estsdounids ise

Mu.es (Oficina de Minas de EE UU , se to se comporta como una vi»a =„ de ia frenEe a ^na distancia Iguai a la aItu

^

‘¡

Bureau ° f

í3“* d t5cho inmedia & deiante h ?

a soportar se extiende d ^ d ? p? * manro; ej techo que se tura supuesta. En la f1gura 4\ 3 3Ctremo del voladizo hasta Ja ir a 246], 4-2" muestran tres casos [52, 29, p á¿ na En el -primer caso exisr*

Q

5 norm' dles de trabajo

u

^ m ° Jd sI ad em s y iá o rilla d e h f Z V 7 d ? í? m a (hU5C0) enEre ei MmiJar al primero, excepto que sJ u / h áiCarbon-; else^ nd oc as oe s *• “a hecil° ™ corte en la frente; en

^ S £M U )

e¡ tercer caso existe un gran voladirn r , ^ -S io s (4 25)

en donde f•w - t T itud d, V de f 1la ,° visa. in,ne díato Long

' se va a soDort3r

^ '26-í

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ADEMES OS ACcfJO EN LAS FRENTES

í-ARGas

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19 3 f L f ™

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lecho L Condiciones ds techo

I

0-18

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Limolita que forma vetillas acuifera, grietas sin adem e.’ Liraoijta fracturada, acuifera, techo quebradizo.

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III

35-60 60-230

IV

1- 2

L u n o l í t a d e h u n d i m i e n t o f á c il .

2- 5 5- 8

T e c h o d e h u n d i m i e n to t íp i c o , u r a o ü t a f u e r t e , e s q u i s to d e

V(a)

b tt ro are nis ca de gx M og ra es o.

130-250

R o c a f u e r t e c o n l i m o , a r e n is c a con grano de fino a medio

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>250

Sistemas de relleno para techos Sin hundim iento.

2 y 60.

"Vurreferencias

C A S O 3: A n í e s d s ( co r t e c o n 2 0 p .e s ^ v o |a ^

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4'07 Sistema estsdounids ise

Mu.es (Oficina de Minas de EE UU , se to se comporta como una vi»a =„ de ia frenEe a ^na distancia Iguai a la aItu

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e¡ tercer caso existe un gran voladirn r , ^ -S io s

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5 norm' dles de trabajo

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j-g f

ADSMSS de ACERO £N LAS FRENTES LARGAS

i ^ w H ^

= Números de los casos: 1, 2, 3. ~~ Espaciara iemo prome dio enere ios adornes, = Densidad prom edio dei peso de la roca dej techo. ~ Espesor dei techo inmediato. ~ Carga mínima cedente determinada para ei ademe.

El peso del techo inmediato calculado con la ecuación (4.24) par!! 3 y Para l0S escudos en la frente ^r ga se presenta en la figura U , página 247], En el cálculo, el lecho inmediaro no esrá en voladizo sobre los rellenos de material de desechos; sino que se hunde en el bord e del relleno de material de desechos, con u n ángulo de hun dimiento de 15 hacia dicho relleno; este es el ángulo que se observa con mas frecuencia en los yacimientos carboníferos del Este de los

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ADEMES MECANIZADOS

195

Estados Unidos. Como un ejemplo de utilización de la figura, supón gase un caso en donde el techo inmediato es de 20 pies de espesor. Primero, localícese el horizonte de 20 pies en el techo. Extiéndase este horizonte hacia la izquierda hasta que se interseque con laslíneas que se señalan como “frente corta ”, “ frente larga” y .“escudo”. Baje una línea vertical desde cada intersección hasta que toque eí eje ho rizontal de la “carga mue rta”. Los pun tos de intersección indican que la carga muerta por pie lineal de frente es de 23 toneladas para el es cudo, y de 28 toneladas para las cuñas de la frente larga.

4.6

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ADEMES MECANIZADOS 4.6.1

Ventajas de los ademes mecanizados

Ba ja conv erge ncia . Los sistemas hidráulicos controla n ei techo con mucha eficiencia. Los grandes escudos sostienen ei techo eficazmeniiempo jue ves

viernes

sábado

domingo

Lunes

f i g u r a 4 . 2 5 C o n v e r g e n c i a e n l a s f r e n t es s o s t e n i d a s c o n a d e m e s c o n v e n c i o n a l : ; o ¡necsnjzudüs [2. 6 I j.

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ADSMSS de ACERO £N LAS FRENTES LARGAS

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ADEMES MECANIZADOS

= Números de los casos: 1, 2, 3. ~~ Espaciara iemo prome dio enere ios adornes, = Densidad prom edio dei peso de la roca dej techo. ~ Espesor dei techo inmediato. ~ Carga mínima cedente determinada para ei ademe.

195

Estados Unidos. Como un ejemplo de utilización de la figura, supón gase un caso en donde el techo inmediato es de 20 pies de espesor. Primero, localícese el horizonte de 20 pies en el techo. Extiéndase este horizonte hacia la izquierda hasta que se interseque con laslíneas que se señalan como “frente corta ”, “ frente larga” y .“escudo”. Baje una línea vertical desde cada intersección hasta que toque eí eje ho rizontal de la “carga mue rta”. Los pun tos de intersección indican que la carga muerta por pie lineal de frente es de 23 toneladas para el es cudo, y de 28 toneladas para las cuñas de la frente larga.

El peso del techo inmediato calculado con la ecuación (4.24) par!! 3 y Para l0S escudos en la frente ^r ga se presenta en la figura U , página 247], En el cálculo, el lecho inmediaro no esrá en voladizo sobre los rellenos de material de desechos; sino que se hunde en el bord e del relleno de material de desechos, con u n ángulo de hun dimiento de 15 hacia dicho relleno; este es el ángulo que se observa con mas frecuencia en los yacimientos carboníferos del Este de los

4.6

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ADEMES MECANIZADOS 4.6.1

Ventajas de los ademes mecanizados

Ba ja conv erge ncia . Los sistemas hidráulicos controla n ei techo con mucha eficiencia. Los grandes escudos sostienen ei techo eficazmeniiempo viernes

jue ves

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domingo

Lunes

f i g u r a 4 . 2 5 C o n v e r g e n c i a e n l a s f r e n t es s o s t e n i d a s c o n a d e m e s c o n v e n c i o n a l : ; o ¡necsnjzudüs [2. 6 I j.

195


APUCA8IUOAO DE LOS AOEMÉS MECANIZADOS

te Las'cónvergencias qu e se miden en ios adem es “caminantes” y er

™ “ f 6 mebW0; k I 500 a ">00 0 t o n e l 1 1 c i 'ó n

 A

1« - t — puede n avanm crem en ta la producción (más de

*

t~



;

^

^ Com paración entre los aisteinaa clásicos de « tan * y Ios de a
d , Pro du cci ón en la fr en te

Av an ce

^

^

■ Ar ea ab ier ta

^

Ef ici en cia ¿ el ad em e -------------i ,„ „ ;

------

J ^ O ,

A

Ad orn es clá sico s: postes h idráulicos + p o s ^ d ^ h ^ Z

es d e —

197

Co sto de h ma no ¿ s n krr. 0rs ~ '

m / m l, /D M ¡ *

'

~~~

Mínima Máxima

°-73 3-73

5J6 -965

20 7 49 0

12.3 28.0

6.6 11.9

16.56 8.73

.6.65 3.61

Promedio

2.39

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35 6

19.7

9.8

11.37

5.43

Ademes mecanizados

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S

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1W

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t í V c T e m T Z rendr ient0 P°r hom bre-turno convencional se

se ¿ . r : t a

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Mínima Máxima

1.61 552

735 i 766

Promedio

4.35

1173

.

303 732

23.3 71.2

9.3 27.5

11.08 3.33

55 2

4.56 1-79

49.9

16.2

6 .77

2.98

“Ver ru/er* i»í¡a\ 2 y 63.

4.6.2

Desventajas de los ademes mecanizados

unca i el uso de ademes caminantes.

*

n Z H > T i e " ' an te nim i™ ‘ ° El costo de mantenimiento esmucho . .6 .lito que el costo correspondienteparaiosademesconvenc.onaies Estos sistsm as de ad- “ —

- o

de ■

Es pec ific ac ion es geol ógica s. Las especificaciones geológicas son dífí ° nCeS! SS operabilidadmecánica.eSPeS°r ^

4.7
“ -j !U M a *

Bo “rd
CWnp* ^ « mM ?° Y C°n Us co”dicione5 de

APLICABíLIDAD DE LOS ADEMES MECANIZADOS

™-u tt p,.u - ™ „d d oosT r“nn TlaadOS’ aUnqUe SOn muy (imitaciones eficaces P” tanto sostener mecanización, tienen ~ „ i¿v eti.JS com o técn icas en su aplic ació n. =• - >-•

195


APUCA8IUOAO DE LOS AOEMÉS MECANIZADOS

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^ Com paración entre los aisteinaa clásicos de « tan * y Ios de a
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Mínima Máxima

°-73 3-73

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20 7 49 0

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6.6 11.9

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Promedio

2.39

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5.43

Ademes mecanizados

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Mínima Máxima

1.61 552

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Promedio

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11.08 3.33

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4.56 1-79

49.9

16.2

6 .77

2.98

“Ver ru/er* i»í¡a\ 2 y 63.

4.6.2

Desventajas de los ademes mecanizados

unca i el uso de ademes caminantes.

*

n Z H > T i e " ' an te nim i™ ‘ ° El costo de mantenimiento esmucho . .6 .lito que el costo correspondienteparaiosademesconvenc.onaies Estos sistsm as de ad- “ —

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Es pec ific ac ion es geol ógica s. Las especificaciones geológicas son dífí ° nCeS! SS operabilidadmecánica.eSPeS°r ^

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APLICABíLIDAD DE LOS ADEMES MECANIZADOS

™-u tt p,.u - ™ „d d oosT r“nn TlaadOS’ aUnqUe SOn muy (imitaciones eficaces P” tanto sostener mecanización, tienen ~ „ i¿v eti.JS com o técn icas en su aplic ació n. =• - >-•

AD EM ES DE AC ER O EN LA S FR EN TES Ú R G A S AP UC AB IIID AO DE LOS AO EM tS M EC AN IZA DO S

4-7.1

Condicion es del techo

El tocho se debe hundir. Sí no se hunde o se cueto y se cae de

e! rezagado. Las fallas grandes son imposibles de cortar y hacen nece sario ejecutar nuevas obras de desarrollo. Los paneles o cuarteles ópti mos son los grandes, con pocas o ninguna falla, de manera aue una vez que se establece la frente larga, los trabajos mineros se «aliz^n de manera tranquila y sin problemas. 4.7.6

4.7.2 S6r

Condicione s del piso

suf ^C3'e nêET3er1^ f ue rte pa ra res istir “in tru sio ne s”

Y, también Un Pr° blema «a ne e conve r-en-ia Se rf-h • ‘ ondiClones del.tech o debido a k alta convergería. Se deberá dejar algo deí carbón si éste es duro. 4.7 3

Espesor del manto

« ^ r ba rg o las irr eg ul ar id ad « gr an de , „o se

r ° m nt e s  Las “ t a » «

c o rta r “ dio del ma nto antes de escocer

los.“ «uiP « * ^ » a d o *bera hacsr un buen estu-

’ * P“

199

Agua en la frente .

El agua en la frente larga es perjudicial y corrosiva para los ademes. Bajo estas condiciones, se debe drenar el cuartel por medio de-perfo raciones o se deben escoger ademes especiales anticorrosivos. El a-ua es siempre una desventaja; los mineros detestan laborar bajo condi ciones húmedas. 4.7.7

Vida del “panel”

La anchura del panel o cuartel deberá ser lo suficientemente grande pa ra ga ra nti za r el uso de ad em es “c am ina nte s” . Se ne ce sita n 15 a 20 días para instalar ei equipo,.lo cual se añade al costo de! carbón- e! gasto es mínimo en los cuarteles grandes. Sin embarco, los que son muy grandes pueden necesitar gastos pura ei mantenimiento de las entradas, aunque esto no es difícil de resolver. La anchura óptima que se ha encontrado es de 800 a ■!,000 m. 4.7.8

Longitud de la frente y velocidad de avance

el carbón que Se ha desprendido ¿ 4-7.4- -ínclmacmifde! manto

^

r e¿ : z s : ^ T

i z t z ^ m os

expiotar mantos hasta con 35° de inri’ ^ ° S especiaks se PUácien' “caminantes”. mchnacion por medio de ademes

La producción depende de Ja longitud de la frente larga y de la velo cidad de avance. E stos son factores impo rtantes en ia vida de! cuartel y en e. numero de frentes de trabajo. La capacidad de acarreo se de be rá escog er pa ra sa tisf ac er est os fac tor es. La velo cida d prá cti ca de las i rentes largas fortificadas con ademes "caminantes” es aoro:™ -.dámente de 5 a 6 m por día, en promedio. 4.7.9

4.7.5

Fallas pequeñas

L a V ^ d q ^ r d t l ^ L T a L ” * ” ! 31" CWtT S POr fdkS masiadas fallas son un va ^rtar es^ s ^re;ls^ o o ie ,.^ y u que retardan ei avance y dificultan

Número de tumos por día

Para maximizar la producción, las frentes deberán operar continua me nte, pero no es posible que esto suceda to do ei tiempo Se ha obser/aao que dos turnos por día son bastante prácticos, de,ando un turn o para el manten imie nto y las preparacion es. Sin embarco ei pr om ed io se in di na a 2. 5 tum os po r día , al inc rem ent ars e ei r / ^ ’-ro de rrer.tes mecanizadas [64 j.

AD EM ES DE AC ER O EN LA S FR EN TES Ú R G A S AP UC AB IIID AO DE LOS AO EM tS M EC AN IZA DO S

4-7.1

Condicion es del techo

El tocho se debe hundir. Sí no se hunde o se cueto y se cae de

e! rezagado. Las fallas grandes son imposibles de cortar y hacen nece sario ejecutar nuevas obras de desarrollo. Los paneles o cuarteles ópti mos son los grandes, con pocas o ninguna falla, de manera aue una vez que se establece la frente larga, los trabajos mineros se «aliz^n de manera tranquila y sin problemas. 4.7.6

4.7.2 S6r

Condicione s del piso

suf ^C3'e nêET3er1^ f ue rte pa ra res istir “in tru sio ne s”

Y, también Un Pr° blema «a ne e conve r-en-ia Se rf-h • ‘ ondiClones del.tech o debido a k alta convergería. Se deberá dejar algo deí carbón si éste es duro. 4.7 3

Espesor del manto

« ^ r ba rg o las irr eg ul ar id ad « gr an de , „o se

r ° m nt e s  Las “ t a » «

c o rta r “ dio del ma nto antes de escocer

los.“ «uiP « * ^ » a d o *bera hacsr un buen estu-

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199

Agua en la frente .

El agua en la frente larga es perjudicial y corrosiva para los ademes. Bajo estas condiciones, se debe drenar el cuartel por medio de-perfo raciones o se deben escoger ademes especiales anticorrosivos. El a-ua es siempre una desventaja; los mineros detestan laborar bajo condi ciones húmedas. 4.7.7

Vida del “panel”

La anchura del panel o cuartel deberá ser lo suficientemente grande pa ra ga ra nti za r el uso de ad em es “c am ina nte s” . Se ne ce sita n 15 a 20 días para instalar ei equipo,.lo cual se añade al costo de! carbón- e! gasto es mínimo en los cuarteles grandes. Sin embarco, los que son muy grandes pueden necesitar gastos pura ei mantenimiento de las entradas, aunque esto no es difícil de resolver. La anchura óptima que se ha encontrado es de 800 a ■!,000 m. 4.7.8

Longitud de la frente y velocidad de avance

el carbón que Se ha desprendido ¿ 4-7.4- -ínclmacmifde! manto

^

r e¿ : z s : ^ T

i z t z ^ m os

expiotar mantos hasta con 35° de inri’ ^ ° S especiaks se PUácien' “caminantes”. mchnacion por medio de ademes

La producción depende de Ja longitud de la frente larga y de la velo cidad de avance. E stos son factores impo rtantes en ia vida de! cuartel y en e. numero de frentes de trabajo. La capacidad de acarreo se de be rá escog er pa ra sa tisf ac er est os fac tor es. La velo cida d prá cti ca de las i rentes largas fortificadas con ademes "caminantes” es aoro:™ -.dámente de 5 a 6 m por día, en promedio. 4.7.9

4.7.5

Fallas pequeñas

L a V ^ d q ^ r d t l ^ L T a L ” * ” ! 31" CWtT S POr fdkS masiadas fallas son un va ^rtar es^ s ^re;ls^ o o ie ,.^ y u que retardan ei avance y dificultan

Número de tumos por día

Para maximizar la producción, las frentes deberán operar continua me nte, pero no es posible que esto suceda to do ei tiempo Se ha obser/aao que dos turnos por día son bastante prácticos, de,ando un turn o para el manten imie nto y las preparacion es. Sin embarco ei pr om ed io se in di na a 2. 5 tum os po r día , al inc rem ent ars e ei r / ^ ’-ro de rrer.tes mecanizadas [64 j.

20 0 ADEMES DE ACERO EN LAS FRENTES LARCAS

4.7.10

Sugerencias para una buena instalación '

Para alcanzar una producción re-ular c o n ? deberán observarlas sugerencias simientes

-

■ ^

trasiom^

CAPÍTULO 5

1• La frente d eberá ser rec ta 2' - n t « “ t d-ee l a r trad/ debe rÍ" SWto “ “ - t e  la frente. Lo s p¡sos a n ^ o s Z ° Y ^ d a rs e n™ a 3- H sitio para la listo con anticipación fr-nte, deberá estar

^  d^ n

4 ' e l L í S a f d ^ : ' : ademe" Se deberá Pi“ 

^ n Z Z S t y : ; Ía Ss f a- Primer° en k SUPW&ÍS- - 65 ’ Es mis K*n • ♦ i ajustaran si es necesario. s.l

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S K X S & R T * ~ « » « o y , do sifi1 1. F in a lm e n te , d u r an t » a o o e r , ^ 7 a u r a n ,e ° P « a c ió n . gencia y se d. b ' + ¿ . P T ’ * d eb e rd ” « * 1 » co n v er g í c om o d e t e c V a T i a fc i ' ° : ” ° V fa fc nto s d e ,o s « * < * •

« l o c a r ademes adúnales f e s n e X i o .

‘° S

Y

IMPORTANCIA DEL CONCRETO

Es ¡imitado el uso del concre to com o material de ademe en las minas Sin embargo, su utilización se está volviendo cada día más frecuente y se considera necesaria para ciertas obras mineras como son: • Tiros o lumbreras.

7

-----

•

Galenas o socavones de sección grande, estaciones de bombeo y estaciones de volcadores. Revestimiento para eliminar el fracturimien to de las rocas . Piletas de agua. Diques para agua, incendios y explosiones. lecho artificial para la explotación de capas o mantos múltiples. ^Como material de construcción, el.cq'n¿é151e..disefla principai« n lh , H U reSKtlr eSf“ eKOS de compresión. Sin embarro, agrerando varillas de.acero_D.ara tormar un nuevo material que se conoce como concreto refo^do'-, podrá resistir entonces esfteoos de tensión Ambos materiales, asi como su aplicación, constituyen una parte esencial de ,a ingeniería civil. Este capítulo trata sólo ios ou,to s m í t o n a c T T del coc creto , especialm ente en k> que se reiaciona con las aplicaciones de ia lista anterior. .

-5.1.1

Ven tajas del conc reto

Las ventajas del concreto como material de ademe, superiores a las de ¡a madera y del acero., se pueden resumir como sigue: 201

20 0 ADEMES DE ACERO EN LAS FRENTES LARCAS

4.7.10

Sugerencias para una buena instalación '

Para alcanzar una producción re-ular c o n ? deberán observarlas sugerencias simientes

-

■ ^

trasiom^

CAPÍTULO 5

1• La frente d eberá ser rec ta 2' - n t « “ t d-ee l a r trad/ debe rÍ" SWto “ “ - t e  la frente. Lo s p¡sos a n ^ o s Z ° Y ^ d a rs e n™ a 3- H sitio para la listo con anticipación fr-nte, deberá estar

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« l o c a r ademes adúnales f e s n e X i o .

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Y

IMPORTANCIA DEL CONCRETO

Es ¡imitado el uso del concre to com o material de ademe en las minas Sin embargo, su utilización se está volviendo cada día más frecuente y se considera necesaria para ciertas obras mineras como son: • Tiros o lumbreras.

7

-----

•

Galenas o socavones de sección grande, estaciones de bombeo y estaciones de volcadores. Revestimiento para eliminar el fracturimien to de las rocas . Piletas de agua. Diques para agua, incendios y explosiones. lecho artificial para la explotación de capas o mantos múltiples. ^Como material de construcción, el.cq'n¿é151e..disefla principai« n lh , H U reSKtlr eSf“ eKOS de compresión. Sin embarro, agrerando varillas de.acero_D.ara tormar un nuevo material que se conoce como concreto refo^do'-, podrá resistir entonces esfteoos de tensión Ambos materiales, asi como su aplicación, constituyen una parte esencial de ,a ingeniería civil. Este capítulo trata sólo ios ou,to s m í t o n a c T T del coc creto , especialm ente en k> que se reiaciona con las aplicaciones de ia lista anterior. .

-5.1.1

Ven tajas del conc reto

Las ventajas del concreto como material de ademe, superiores a las de ¡a madera y del acero., se pueden resumir como sigue: 201

ADEMES DE CONCRETÓ'

Í- Como materia] que trabaja a la compresión, tiene una resisten cia muy alta y es bastante económico. 2. Los componentes de! concreto (cemento, agregados, agua) se obtienen con facilidad y en cualquier cantidad.

COMPONENTES DEL CONCRETO

pr op or ci on es qu e de pe nd en de su uti liz ac ión fut ura . Se pu ed en agre• gar algunos materiales para satisfacer ciertos requisitos o para reducir el tiempo de fraguado. 5.2.1

' ¿f ie st a ? 611'^ '“ 5 de SSt0S C°m ponen£es no P«sentan ninguna 4"lular™Cr”£°

C° ¡0C:lne Con fadlida d ^ 3a mayoría de ios

5. La aplicación (mezclado, transporte, colado) se puede mecanizar y, por consiguiente, se reduce el costo. '

7" SegUl° C° n r£3PecÍ0 a ía resistencia al fue*o 7. Debido a que p roporcio na una superficie .lisa en los revestimien tos, disminuye la resistencia al flujo del aire. - Us condiciones atmosféricas n o lo afectan y, por lo tanto tie ne una larga vida. ’ 5. 1.2

Desventajas del concr eto

Algunas desventajas para la utilización del concreto, las cuales se decomo s i l u T C0"

°

dC SU aPÜCadÓn- 56 pUede"

acero ^ se Üene ningÜa ralor' A diferencia ero ooCrde° de .‘r!ÍCmrad0 la madera, no puede volver a utilizar y cor dd lo tanto, se de be eliminar. 4. Dado que el esfuerzo de compresión del concreto está en gran pa rte en fu nc ión d.e su el ab or ac ió n, la ca nti da d de co m po ne n rnenfe t / r , ^ Se deberá* controlar cuidadosa mente. Su utilización requiere mas supervisión que la que se necesita para el uso de otros materiales. 5.2

COMPONENTES DHL CONCRETO

a concreto es esencialmente una mezcla de cemento a ie -a d ^ fcra va o roca triturada, arena} v a«ua los n ,•' f . ¡os que se com binan a diferentes

Cemento

El cemento es el componente más importante del concreto. Cuando se mezcla c on el agua form a un material duro que mantiene junto s a los materiales que se añaden (agregados). El “cemento Portland” es el que se utiliza con más frecuencia en las operaciones mineras. Sin embargo, en casos especiales, se usan cementos-de fraguado rápido. Cada nación ha establecido normas para el cemento Portland, que se fabrica bajo éstas especificaciones y que se debe utilizar de acuerdo con estas recomendaciones. Las listas de las normas británicas y esta dounidenses se anexan al final del capitulo como apéndices. El cemento fragua después de que se mezcla con el agua. El tiem po m ín im o pa ra fra gu ar es d e un a ho ra y, el má xim o, de 10 h ora s. La temperatura es un factor importante; el fraguado se reduce bajo con diciones cálidas. La “dosificación o proporcionamiento”, que es cantidad de ce men to en kilogramos en una mezcla de 1 mJ d e volumen se obtiene con la fórmula siguiente:

1. Tiene m uy baja resistencia a la tensión; entonces, no se deberá diseñar pa ra re sist,r esfuerzos de tensión; pero si se usa bajo ¿stas condiciones, se deberá reforzar con acero ~ i e í™ L T r d e T f * Sin r‘in8Ün a li s0 pre™ ’ 10 W ” 0 s u ® . t RT S de b madera 0 con 3 F7 c T deformacion es del acero

203

c

550 & D~~ V ■‘-'max

en donde Mt. = Proporcionamiento mínimo, en kilogramos de cemento p o r m et ro cú bi co de co nc re to. - 0 ^ = El tamaño máximo del agregado, en milímetros. Se puede ver que, cuando se incrementa el tamaño del agregado, decrece la cantidad de cemento, esto hace que el concreto sea más económico. Es ventajoso utilizar agregados de gran tamaño siempre que sea posible. En general, el proporcionamiento o dosificación es de 300 a 350 kg/m3. En casos especiales, cuando se requiere una re sistencia más elevada, se usan proporcionam ientos de 400 a 45 0kg /m3. 5.2.2

Agregados

el “agregado'’ es una mezcla de arena y grava o roca triturada. La arena os el material de 0 a 7 mm en tamaño y ¡a grava,.de_? a 30 mm.

ADEMES DE CONCRETÓ'

Í- Como materia] que trabaja a la compresión, tiene una resisten cia muy alta y es bastante económico. 2. Los componentes de! concreto (cemento, agregados, agua) se obtienen con facilidad y en cualquier cantidad.


pr op or ci on es qu e de pe nd en de su uti liz ac ión fut ura . Se pu ed en agre• gar algunos materiales para satisfacer ciertos requisitos o para reducir el tiempo de fraguado. 5.2.1

' ¿f ie st a ? 611'^ '“ 5 de SSt0S C°m ponen£es no P«sentan ninguna 4"lular™Cr”£°

C° ¡0C:lne Con fadlida d ^ 3a mayoría de ios

5. La aplicación (mezclado, transporte, colado) se puede mecanizar y, por consiguiente, se reduce el costo. '

7" SegUl° C° n r£3PecÍ0 a ía resistencia al fue*o 7. Debido a que p roporcio na una superficie .lisa en los revestimien tos, disminuye la resistencia al flujo del aire. - Us condiciones atmosféricas n o lo afectan y, por lo tanto tie ne una larga vida. ’ 5. 1.2

Desventajas del concr eto

Algunas desventajas para la utilización del concreto, las cuales se decomo s i l u T C0"

°

dC SU aPÜCadÓn- 56 pUede"

acero ^ se Üene ningÜa ralor' A diferencia ero ooCrde° de .‘r!ÍCmrad0 la madera, no puede volver a utilizar y cor dd lo tanto, se de be eliminar. 4. Dado que el esfuerzo de compresión del concreto está en gran pa rte en fu nc ión d.e su el ab or ac ió n, la ca nti da d de co m po ne n rnenfe t / r , ^ Se deberá* controlar cuidadosa mente. Su utilización requiere mas supervisión que la que se necesita para el uso de otros materiales. 5.2

550 c

D~~ V& ■‘-'max

en donde Mt. = Proporcionamiento mínimo, en kilogramos de cemento p o r m et ro cú bi co de co nc re to. - 0 ^ = El tamaño máximo del agregado, en milímetros. Se puede ver que, cuando se incrementa el tamaño del agregado, decrece la cantidad de cemento, esto hace que el concreto sea más económico. Es ventajoso utilizar agregados de gran tamaño siempre que sea posible. En general, el proporcionamiento o dosificación es de 300 a 350 kg/m3. En casos especiales, cuando se requiere una re sistencia más elevada, se usan proporcionam ientos de 400 a 45 0kg /m3.

COMPONENTES DHL CONCRETO

a concreto es esencialmente una mezcla de cemento a ie -a d ^ fcra va o roca triturada, arena} v a«ua los n ,•' f . ¡os que se com binan a diferentes

Cemento

El cemento es el componente más importante del concreto. Cuando se mezcla c on el agua form a un material duro que mantiene junto s a los materiales que se añaden (agregados). El “cemento Portland” es el que se utiliza con más frecuencia en las operaciones mineras. Sin embargo, en casos especiales, se usan cementos-de fraguado rápido. Cada nación ha establecido normas para el cemento Portland, que se fabrica bajo éstas especificaciones y que se debe utilizar de acuerdo con estas recomendaciones. Las listas de las normas británicas y esta dounidenses se anexan al final del capitulo como apéndices. El cemento fragua después de que se mezcla con el agua. El tiem po m ín im o pa ra fra gu ar es d e un a ho ra y, el má xim o, de 10 h ora s. La temperatura es un factor importante; el fraguado se reduce bajo con diciones cálidas. La “dosificación o proporcionamiento”, que es cantidad de ce men to en kilogramos en una mezcla de 1 mJ d e volumen se obtiene con la fórmula siguiente:

1. Tiene m uy baja resistencia a la tensión; entonces, no se deberá diseñar pa ra re sist,r esfuerzos de tensión; pero si se usa bajo ¿stas condiciones, se deberá reforzar con acero ~ i e í™ L T r d e T f * Sin r‘in8Ün a li s0 pre™ ’ 10 W ” 0 s u ® . t RT S de b madera 0 con 3 F7 c T deformacion es del acero

203

5.2.2

Agregados

el “agregado'’ es una mezcla de arena y grava o roca triturada. La arena os el material de 0 a 7 mm en tamaño y ¡a grava,.de_? a 30 mm.

204 . .

AD EME S DE CONC RETO' -''

í r aí s n o rf ? “ m a l ° I eS 3 30 ” m n° Se “til¡2an cuando se desea °“ e el i -e realice po r med io de tuberías. La arena y la gray¡ forduTanye?fxagííado.COnCret0 " ™

m¡Zan S“ co nta “ ió" “ volumen

Una “ C U m gmnuloméíric¡1” mostra r los porcenm u e st -a e „‘t / r L a d i st r íb u d ó n ^ n u l o m é t r i c a i de al f65 “ , ■ « fiSlf a Pira grara y en k figura 5.16 cara arena L ™ a“ ™ *ra™>“ d* i - agregados deberá aproxi5.2.3

Otros compon entes

Algunos materiales adicionales se agregan ai concreto para cambiar su tiempo de iraguado y su fluidez.


y U bentonita con gránulometría fina (0-0.2 mm) son materiales que también se utilizan para aumentar la fluidez. En concretos con altas dosificaciones de cemento (> 350 kg/m3), se pueden omitir dichos aditivos. Sin embargo, en concretos de poca resistencia, (200 a 250 kg/m3), los agregados finos deben constituiré! 10% del peso total de los agregados. 5.2.4

H azúcar es un elemento-importante que se aareaa para re tardar el fraguado en proporción a la concentración de azúcar. f 'T r , — La “ n i2 a f in a s e o b ti e na de !as P l an ía s d e « e r a f a y « ' un admvo aportante para el concreto, ya que incrementa su fluidez ddiante e, u-ansporte por tuberías. El bióxido de silicio puro (SiO-,)

Agua

El agua es un factor importante, en el concreto, pues produce la hi drataron del cemento y da la “fluidez” de Ja mezcla. La cantidad de agua que se necesita depende de la granulometría de los agregados y del esfuerzo de compresión que se desea. Esta cantidad se obtiene con la fórmula siguiente:

aer ara de calcio (CaCl2l El cloruro de cald o es el agente que se mi°.n mas frscuencia para disminuir el tiempo de curado dei con“ dCl 2 % y “ ag re ga a i a e u a í« ™ « I a . E sto itambién r h i " reouce Tel °tiempoCU d0 d e 1 a 3 d f as - L2 t e m pe r at u ra c ál id a de rafraguado.

2G5

M w

^3 7'

A ( 7 - K )

se tiene que Aíw  Cantidad de agua, en-kilogramos por metro cúbico. A_ = Coeficiente según las condiciones de trabajo (tabla 5. 1). = Módulo de finura*, porcentaje acumulado del agregado a mayor que el tamaño dado de la abertura de'ia criba. " Se pued e ver que, confo rme ei concreto se hace más fluido, se ne cesita mas agua. Los agregados de roca triturada requieren más agua que los que se comp onen de gravas. Tabla 5.1 CoeÜc;entes de las cond iciones de trabajo del concreto 17

Coeficiente .4 Condiciones de trabajo

Grava

Roc a que brada

Húmedo (de 2 a 6 cm de hundimiento) Plástico (do 7 a i 2 cm de hu ndimien to) Fluido (> ¡2 cm de hundimiento)

45 50 5g

El 63

5q 74

Ver referencia 2.

(«}

(¿I

r!SUra 5 J Cur/as Sranuloroéificas de grava y arenas.

‘ ,¡1 ? mra " dr'r ¿nC C'inU ÍUsuma á,; !us Pur'- ¡1t3.i2'acumulados y re te n te n ¡as naifes

norm;ilcx y usvioioos sntfc 10*J.

204 . .

AD EME S DE CONC RETO' -''


í r aí s n o rf ? “ m a l ° I eS 3 30 ” m n° Se “til¡2an cuando se desea °“ e el i -e realice po r med io de tuberías. La arena y la gray¡ forduTanye?fxagííado.COnCret0 " ™

y U bentonita con gránulometría fina (0-0.2 mm) son materiales que también se utilizan para aumentar la fluidez. En concretos con altas dosificaciones de cemento (> 350 kg/m3), se pueden omitir dichos aditivos. Sin embargo, en concretos de poca resistencia, (200 a 250 kg/m3), los agregados finos deben constituiré! 10% del peso total de los agregados.

m¡Zan S“ co nta “ ió" “ volumen

Una “ C U m gmnuloméíric¡1” mostra r los porcenm u e st -a e „‘t / r L a d i st r íb u d ó n ^ n u l o m é t r i c a i de al f65 “ , ■ « fiSlf a Pira grara y en k figura 5.16 cara arena L ™ a“ ™ *ra™>“ d* i - agregados deberá aproxi5.2.3

2G5

5.2.4

Agua

El agua es un factor importante, en el concreto, pues produce la hi drataron del cemento y da la “fluidez” de Ja mezcla. La cantidad de agua que se necesita depende de la granulometría de los agregados y del esfuerzo de compresión que se desea. Esta cantidad se obtiene con la fórmula siguiente:

Otros compon entes

Algunos materiales adicionales se agregan ai concreto para cambiar su tiempo de iraguado y su fluidez. aer ara de calcio (CaCl2l El cloruro de cald o es el agente que se mi°.n mas frscuencia para disminuir el tiempo de curado dei con-

M w

^3 7'

A ( 7 - K )

se tiene que

“ dCl 2 % y “ ag re ga a i a e u a í« ™ « I a . E sto itambién r h i " reouce Tel °tiempoCU d0 d e 1 a 3 d f as - L2 t e m pe r at u ra c ál id a de rafraguado.

Aíw  Cantidad de agua, en-kilogramos por metro cúbico. A_ = Coeficiente según las condiciones de trabajo (tabla 5. 1). = Módulo de finura*, porcentaje acumulado del agregado a mayor que el tamaño dado de la abertura de'ia criba. "

H azúcar es un elemento-importante que se aareaa para re tardar el fraguado en proporción a la concentración de azúcar.

Se pued e ver que, confo rme ei concreto se hace más fluido, se ne cesita mas agua. Los agregados de roca triturada requieren más agua que los que se comp onen de gravas.

f 'T r , — La “ n i2 a f in a s e o b ti e na de !as P l an ía s d e « e r a f a y « ' un admvo aportante para el concreto, ya que incrementa su fluidez ddiante e, u-ansporte por tuberías. El bióxido de silicio puro (SiO-,)

Tabla 5.1 CoeÜc;entes de las cond iciones de trabajo del concreto 17

Coeficiente .4 Condiciones de trabajo

Grava

Roc a que brada

Húmedo (de 2 a 6 cm de hundimiento) Plástico (do 7 a i 2 cm de hu ndimien to) Fluido (> ¡2 cm de hundimiento)

45 50 5g

El 63

5q 74

Ver referencia 2.

(«}

(¿I ‘ ,¡1 ? mra " dr'r ¿nC C'inU ÍUsuma á,; !us Pur'- ¡1t3.i2'acumulados y re te n te n ¡as naifes

r!SUra 5 J Cur/as Sranuloroéificas de grava y arenas.

;® s :C-’; •

norm;ilcx y usvioioos sntfc 10*J.

ADEMES DE CONCRETO

5.3

CARACTERÍSTICÁS INGEN¡ER!IES DEL CONCRETO

.CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL CONCRETO 5-3.2

20 7

Según Bolomey [66]: a b = K { ~ ~ 0.5

Relación agua-cemento

la relación agua-cemento es el factor más impor tante para el esfuer

(5.4)

Según G raf [67]: • K n 1 °‘ = v ^

~ ^ s * a a z ¡ s s s s a :

. en donde, üb ~ Esfuerzo de com presión, en kilogramos por centímetro cua drado después de un cierto tiempo de fraguado. c¿ — Relación agua-cemento en peso. A = Coeficiente para 28 días de fraguado, 950. .B  Coeficiente para 28 día s de fraguado, 9. K ~ Coeficiente para 28 días de fraguado, 18 0 . •= Coeficiente para 7 días de fraguado, 150. K n = Esfuerzo de co mpresión del cemento (de acuerdo a varíanormas: 400 kg/cm2}. a  Coeficiente de man o de obra, bue na: 4, media: 6, mala: S.

Muchas fórmulas se proporcionan para expresar los esñi-rzos de compresión en términos de las relaciones de * Según A b rí z í [66¡ A *«■-

0¿

--

■

(5.3)

(5 -5>

■

La cantidad de agua también es importante para las condiciones de trabajo del concreto. La tabla 5.2 [2, página 662) proporciona diterentes cantidades de agua. 5.3.2

Compacidad

La compacidad (compactabilidad) del concreto es ¡asuma volumé trica ae los materiales sólidos (cem ento más agregados) en 1 m3 de Tabla 2.2 Cantidad de agua p ara diferentes coadiciones de trabajo3

n

,. ..

a

Candían _______ (Aguacsmemcj f«!ación agog/osmento | s n peso?

t e i : a re n a 2 : ¿ v a 4 .

^

•

»

ra

C° G “ m ,i ní 0 P o rt ÍM d “ n a a l: « r s e n -

Agua

(kgfnt*/

Resistencia

(cunos. 2$ dias

kg/c nr}

M u v k c i

G.52

130

«úmea a

0:58

145

PIáScica HuiQ*

0.64 0.70

leo ]7í

n 

Uquids

0.76

ico

;5Ó

¡ 0i

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ADEMES DE CONCRETO

5.3

CARACTERÍSTICÁS INGEN¡ER!IES DEL CONCRETO

.CARACTERÍSTICAS INGENIERILES DEL CONCRETO 5-3.2

20 7

Según Bolomey [66]: a b = K { ~ ~ 0.5

Relación agua-cemento

la relación agua-cemento es el factor más impor tante para el esfuer

(5.4)

Según G raf [67]: • K n 1 °‘ = v ^

~ ^ s * a a z ¡ s s s s a :

. en donde, üb ~ Esfuerzo de com presión, en kilogramos por centímetro cua drado después de un cierto tiempo de fraguado. c¿ — Relación agua-cemento en peso. A = Coeficiente para 28 días de fraguado, 950. .B  Coeficiente para 28 día s de fraguado, 9. K ~ Coeficiente para 28 días de fraguado, 18 0 . •= Coeficiente para 7 días de fraguado, 150. K n = Esfuerzo de co mpresión del cemento (de acuerdo a varíanormas: 400 kg/cm2}. a  Coeficiente de man o de obra, bue na: 4, media: 6, mala: S.

Muchas fórmulas se proporcionan para expresar los esñi-rzos de compresión en términos de las relaciones de * Según A b rí z í [66¡ A *«■-

0¿

--

■

(5.3)

(5 -5>

■

La cantidad de agua también es importante para las condiciones de trabajo del concreto. La tabla 5.2 [2, página 662) proporciona diterentes cantidades de agua. 5.3.2

Compacidad

La compacidad (compactabilidad) del concreto es ¡asuma volumé trica ae los materiales sólidos (cem ento más agregados) en 1 m3 de Tabla 2.2 Cantidad de agua p ara diferentes coadiciones de trabajo3

n

,. ..

Agua

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Candían _______ (Aguacsmemcj f«!ación agog/osmento | s n peso?

t e i : a re n a 2 : ¿ v a 4 .

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Resistencia

(cunos. 2$ dias

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G.52

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0.64 0.70

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208

ADEMES 3E CONCRETO

con creto Es lo contrario de Ja “ Domsifi-iH” tr --t i fuerzo /íp «_ .. . , por osida d . Bien se sabe crue el es-' con ia » « * *

209

~

y 

(5-0)

. P = 1" A

en donde

CARACTERÍSTICAS fNGENIERfLES DEL CONCRETO

( 5, 7)

= Resistencia a la compresión del concreto después de un tiem po co no ci do de ira gu ad o, K = C oeficiente que cam bia según el tiempo de fraguad o v 3a _ gr an ul om et rí a de los aa re aa do s ‘r a n a c o y ja n - El volumen del cemento en 1 m3 de concreto A - Compacidad, P = Porosidad.

T i e m p o d e f r a g u a d o ------------ Figura 5.3 Tiempo de fraguado del concreto.

Se puede ver que al usar agregados gruesos y angulosos la relación agregado-cemento dismin uye y se increm enta la resistencia! 5.3.3

5.3.4

Granulom eíría de los agregados

re sis te “ dcpe nT de

* nu ,u Io m et rf a-

S I5 1 — agregados-cemento^

¡*

F

^ í0 "* “ y tamaflos de 103 os m ios y ¡as relaciones

For ma d e los agre gados Agregados gruesos redondeados aginados finos irregulares Agreg ados gruesos irregulares y agregados finos irregulares Agrega dos grueso s angulare s o angulosos ' y agregados tinos irregulares

Rela ción agregadoscemento 6-5 5,5

'

Condiciones de fraguado

Las condiciones de fraguado son de gran importancia para la fabrica ción del concreto. £1 fraguado del cem ento se increm enta con el tiem po. Es to se ind ic a en la ñg ur a 5.3 [2, pá gin a 66 6 J. Como se puede ver en la figura, el fraguado sigue una cuira loga rítmica ; est e puede dura r un ano y, ena gua, algunos años. En el trabajo pr ac tic o, se to m an 28 dí as co mo no rm a y la res ist en cia a la co mp re sión se relaciona con esté período. Sin embargo, para un trabajo Rá pid o, se pu ed e to m ar un fra gua do de 7 día s, qu e equ iva le al 70% del S

d la S ‘ E n

90

díaS’ !a resisEencía ss incrementa hasta

1~U% -de aquella que se obtiene durante el fraguado de 28 días. La condición “húmeda” del concreto también es importante Se debe man tener dura nte dos semanas en condiciones húmedas para obtener la hidratación completa. Además, la temperatura afecta la hidiatadón. El fraguado sucede entre lo y 2o C. La temp eratura más aita reduce el tiempo de fra guado ocasionando contracción; la temperatura más baja retada el iraguado. 5.3.5

.Condiciones de trabajo

Las secciones-siguientes describen los tres tipos de concreto que-se' Utilizan en la practica.

208

ADEMES 3E CONCRETO

con creto Es lo contrario de Ja “ Domsifi-iH” tr --t i fuerzo /íp «_ .. . , por osida d . Bien se sabe crue el es-' con ia » « * *

209

~

y 

(5-0)

. P = 1" A

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CARACTERÍSTICAS fNGENIERfLES DEL CONCRETO

( 5, 7)

= Resistencia a la compresión del concreto después de un tiem po co no ci do de ira gu ad o, K = C oeficiente que cam bia según el tiempo de fraguad o v 3a _ gr an ul om et rí a de los aa re aa do s ‘r a n a c o y ja n - El volumen del cemento en 1 m3 de concreto A - Compacidad, P = Porosidad.

T i e m p o d e f r a g u a d o ------------ Figura 5.3 Tiempo de fraguado del concreto.

Se puede ver que al usar agregados gruesos y angulosos la relación agregado-cemento dismin uye y se increm enta la resistencia! 5.3.3

5.3.4

Granulom eíría de los agregados

re sis te “ dcpe nT de

* nu ,u Io m et rf a-

S I5 1 —

¡*

F

'

^ í0 "* “ y tamaflos de 103 os m ios y ¡as relaciones

agregados-cemento^

For ma d e los agre gados

Rela ción agregadoscemento

Agregados gruesos redondeados aginados finos irregulares Agreg ados gruesos irregulares y agregados finos irregulares Agrega dos grueso s angulare s o angulosos ' y agregados tinos irregulares

6-5 5,5

Condiciones de fraguado

Las condiciones de fraguado son de gran importancia para la fabrica ción del concreto. £1 fraguado del cem ento se increm enta con el tiem po. Es to se ind ic a en la ñg ur a 5.3 [2, pá gin a 66 6 J. Como se puede ver en la figura, el fraguado sigue una cuira loga rítmica ; est e puede dura r un ano y, ena gua, algunos años. En el trabajo pr ac tic o, se to m an 28 dí as co mo no rm a y la res ist en cia a la co mp re sión se relaciona con esté período. Sin embargo, para un trabajo Rá pid o, se pu ed e to m ar un fra gua do de 7 día s, qu e equ iva le al 70% del S

d la S ‘ E n

90

díaS’ !a resisEencía ss incrementa hasta

1~U% -de aquella que se obtiene durante el fraguado de 28 días. La condición “húmeda” del concreto también es importante Se debe man tener dura nte dos semanas en condiciones húmedas para obtener la hidratación completa. Además, la temperatura afecta la hidiatadón. El fraguado sucede entre lo y 2o C. La temp eratura más aita reduce el tiempo de fra guado ocasionando contracción; la temperatura más baja retada el iraguado. 5.3.5

.Condiciones de trabajo

Las secciones-siguientes describen los tres tipos de concreto que-se' Utilizan en la practica.

' ;Í§ °

"

-

A O EM E S DE CONCRETO

Concreto húmedo. húmedo. La relación a (agua-cemento) es de 0.3 a 0.5. El cemento deberá adherirse o pegarse a la mano si se mezcla manual mente. La cantidad de “revenimiento” es de 2 a 6 cm en el cono de Abram. Concreto plástico. plástico. La relación a es de 0.45 a 0.65, ya que contiene más agua. agua. La cantidad de revenim iento es de 7 a 12 cm en el cono de Abram. Concreto fluido. La cantidad de agua en en el concreto fluido es mucho ■ mayor que en el concreto húmedo o plástico (a = 0.6 a-1.0), lo cual pe rm ite que la m ez cla se pu ed a bo m be ar . El re ve ni mi en to es d e 10 cm. Cono de Abram. Abram. El cono de A bram es un sistema para medir el reve nimiento. Se llena un cono circular de 20 cm.-de base, íQ cm en la pa rt e su pe rio r y 30 cm de al tu ra , en tre s p or cio ne s co n co nc re to y se compacta por medio de 25 golpes del vibrador cada vez que se llena. Después de 3 minutos,, el cono se retira y el concreto se deja solo. El revenimiento (pérdida de altura) se mide según se muestra en la fi gura 5.4 [2, página página 667], 5.3.6

Preparac ión del concreto

Para trabajos pequeños, el concre to se hace a mano, mezclando Tbdos Tbdos los componentes con una pala. Primero, el cemento y los agregados |<-10c m — 5-j

Figura 5.4 5.4 Cono áe Abram y m edición dc¡ revenimiento. revenimiento.

CARACTERÍSTICAS ¡NGENiERlLES DEL CONCRETO

211

se mezclan en seco y con ellos se prepara un cono. Lue«o se a*re<>a el agua y se mezcla en form a continua. “ ° Para cantidades mayores, se usa una mezcladora mezcladora o revolvedora. To dos los com pon entes (ce me nto , agregados, agregados, agua) .se .se agregan al mismo mismo tiempo. Estos se mezclan por la acción de los giros o vueltas de la mezcladora durante 1.5 a 2 minutos. Para una operación continua, el pr im er ing re die nte es un ag re ga do grue so hú me do , lue go, se añ ad en cemento, agregados finos y agua que se mezclan mezclan no menos de 1 5 mi nutos (de 3 a 5. minutos es lo mejor). Después de vaciar o colar el concreto, la revolvedora se pued e limpiar con agua a presión. presión. La capacidad de una mezcladora o revolvedora se calcula como sigue: ^ 60 . Q ~ v Y ~ a a

(5.8)

íi + r2 + í3 7 ------------- 60 ---------

(5-9)

t t

^

en donde O = Capacidad de concreto en forma compactada, en metros cúbicos por hora. a = Fac tor de condición, a = 0.65 0.65 para para concreto húmedo , a = 0.85 para concreto plástico. T T = Período de mezclado, en minutos. ^ ~ Tiempo ae cargado, en segundos; segundos; generalmente. generalmente. 25 s 25 s t n h = Tiemp o de mez clado, en segundos; mínimo -de -de 9Q ¿3 Tiem po de descarga, en segundos; generalm ente de de 15 a 20 seg. U = Tiempo de reposo, en segundos; es el el tiempo muerto o sin f âctividad e^stre e^stre los per íodo s. \ ¿ — ¡ y i p v • Como u n ejemplo nu mérico, calcúlese calcúlese el el concreto concreto que se oroduce en una operación para la profundización de un tiro, por medio de "na mezcladora o revolvedora de 150 litros de capacid capacidad, ad, siendo '/, = 20 t 2 120, r3 - 15, t4 t4 - 20 seg seg y a ~ 0.85 (plástico). (plástico).

' ;Í§ °

"

-

A O EM E S DE CONCRETO

CARACTERÍSTICAS ¡NGENiERlLES DEL CONCRETO

Concreto húmedo. húmedo. La relación a (agua-cemento) es de 0.3 a 0.5. El cemento deberá adherirse o pegarse a la mano si se mezcla manual mente. La cantidad de “revenimiento” es de 2 a 6 cm en el cono de Abram.

se mezclan en seco y con ellos se prepara un cono. Lue«o se a*re<>a el agua y se mezcla en form a continua. “ ° Para cantidades mayores, se usa una mezcladora mezcladora o revolvedora. To dos los com pon entes (ce me nto , agregados, agregados, agua) .se .se agregan al mismo mismo tiempo. Estos se mezclan por la acción de los giros o vueltas de la mezcladora durante 1.5 a 2 minutos. Para una operación continua, el pr im er ing re die nte es un ag re ga do grue so hú me do , lue go, se añ ad en cemento, agregados finos y agua que se mezclan mezclan no menos de 1 5 mi nutos (de 3 a 5. minutos es lo mejor). Después de vaciar o colar el concreto, la revolvedora se pued e limpiar con agua a presión. presión. La capacidad de una mezcladora o revolvedora se calcula como sigue:

Concreto plástico. plástico. La relación a es de 0.45 a 0.65, ya que contiene más agua. agua. La cantidad de revenim iento es de 7 a 12 cm en el cono de Abram. Concreto fluido. La cantidad de agua en en el concreto fluido es mucho ■ mayor que en el concreto húmedo o plástico (a = 0.6 a-1.0), lo cual pe rm ite que la m ez cla se pu ed a bo m be ar . El re ve ni mi en to es d e 10 cm. Cono de Abram. Abram. El cono de A bram es un sistema para medir el reve nimiento. Se llena un cono circular de 20 cm.-de base, íQ cm en la pa rt e su pe rio r y 30 cm de al tu ra , en tre s p or cio ne s co n co nc re to y se compacta por medio de 25 golpes del vibrador cada vez que se llena. Después de 3 minutos,, el cono se retira y el concreto se deja solo. El revenimiento (pérdida de altura) se mide según se muestra en la fi gura 5.4 [2, página página 667], 5.3.6

211

^ 60 . Q ~ v Y ~ a a

(5.8)

íi + r2 + í3 7 ------------- 60 ---------

(5-9)

t t

^

en donde O = Capacidad de concreto en forma compactada, en metros cúbicos por hora. a = Fac tor de condición, a = 0.65 0.65 para para concreto húmedo , a = 0.85 para concreto plástico. T T = Período de mezclado, en minutos. ^ ~ Tiempo ae cargado, en segundos; segundos; generalmente. generalmente. 25 s 25 s t n h = Tiemp o de mez clado, en segundos; mínimo -de -de 9Q ¿3 Tiem po de descarga, en segundos; generalm ente de de 15 a 20 seg. U = Tiempo de reposo, en segundos; es el el tiempo muerto o sin f âctividad e^stre e^stre los per íodo s. \ ¿ — ¡ y i p v • Como u n ejemplo nu mérico, calcúlese calcúlese el el concreto concreto que se oroduce en una operación para la profundización de un tiro, por medio de "na mezcladora o revolvedora de 150 litros de capacid capacidad, ad, siendo '/, = 20 t 2 120, r3 - 15, t4 t4 - 20 seg seg y a ~ 0.85 (plástico). (plástico).

Preparac ión del concreto

Para trabajos pequeños, el concre to se hace a mano, mezclando Tbdos Tbdos los componentes con una pala. Primero, el cemento y los agregados |<-10c m — 5-j

Figura 5.4 5.4 Cono áe Abram y m edición dc¡ revenimiento. revenimiento.

212 CABACTEaíSTiCAS INGENIERÍLES DEL CONCRETO

ADEM ADEMES ES DE CONCRETO 5.3.7

Transporte del concreto

213

Tabla 5.4 Tiempo para qu itar las cimbras (dias)3

Columnas, cimbras

S^ S^ ° i e t u bdan e r í aens .^ .^las L msecciones ' f a c ^ o r ^siguientes. m T s l mtes. ^ o r í a n t e s ' e n ^ ^ transporte t r 'n 'n s 0 ^ ^ por 01' mtuberías se siguien

^ “

" t ™

a t r da ? deteraiM p° r ja

g al al e rírí a s, s, la la r e si si s t e nc nc ia ia e d e " 6 0 a T Í T ? * m m ° U titiC 0 0 “ Ü ro ro s y e n e l r el el le le n o d e la s n e m d , r as as d e \ f “ 2 8 d “ S d s c u r a do do : d o a 7 d ía ía s d eb eb er er á s er er d e 1 5 0 a 3 00 00 k“ ’ d d f ra ra s“ s“ -

£ ^

0

t s “

r

?

de be ri ~

> i ? o ^ 3 ” f™ e" « ^ “ ^ «■g/m } no } no se requieren agregados finos. finos.

^

* 30

i r

j

Cemento

Cimbras laterales

Cimbras del piso

‘pandÍTclZof

Portiand normal rorc¿ar!d rápido

A’

,n 20 ^

"78 10

3

3 Ver referencia 2.

de cada 40 cm de espesor de concreto. La vibración vibración se deberá utilizar utilizar también en 3a superficie de las cimbras o encofrados de acero. La su pe ni ci e del co nc re to s e d eb er á man tenerhúm eda durante dos semanas -os tiempos para quitar las cimbras o encofrados que se utiliza ron al colar el concreto se proporcion an en la tabla tabla 5.4 [2, página 611], 5.3.9

° ' EI EI r e re re n™ n™ « o d e , co co n c re re t o fr fr e s c o d e b e s e r d e 7 . 5 ±

Resistencia del concreto

El concr eto es un m ateria l bien, estudia do y las las especificaciones se cescriben en cada f e e de su uso. Las listas listas de las nomias británicas o d t r :a d e b e r i — “ d e S m de cíínacío nes v las inn ri ri pc pc io io nnee s. s. E Enn ^ s o £ í t & dsbeÚ ™te6 5 »inutos, p¿ a ev iL cual cualo , ™ ' “ d e b " á d a r * o llll * s “ d a 3 en la tubería. maguado prem aturo dei concreto 5.3.8

Vaciado y mantenimien t0 del concreto

B e ^ “ o n t " r e “ s? s ? £ i e Ií t o dexnb: r l * • 2 de 10 a 15 cm para para concre concreto to húmedo y ao-o- - ^ 100 ^ alreaedcr alreae dcr pa ra co nc re to plá stic o. Ai a e r a r s e a su J e * * * ^ m en te-' 100 cm viejas, viejas, la antigua superficie T ' sup en iue s de concreto más con el fin de que se mejore P m ^ *** operación se 7 ^ ° ^ VÍbradorssVÍbradorss- £n Eu Eui tiempo de vibració vibraciónn es aired-do- d> * agUa agUa en ^ P e rí lc ie . H O m 3 ) d e c o nc nc re re to to . N o * , c ¡ e ¿ ^ ^ metro <***»H o m o g e n e id a d d el c o n a t o r podr J a c a m b ia r la ‘a °' La T‘bra ao " ^ deberá terminar terminar después después

c e “f f i T Í T f s e r pr pr 0 p 0r 0r c i0 i0 n “ al E1 E1“ ! d el el c ap ap ít ít ul ul o co co m o ap ap é nd nd i i ces [66J. Toda la información se puede encontraren estas normas í-ara dar ejemplos, las tres resistencias del concreto que se utilizan mas âmpliamente en las normas turcas se dan en la tabia 5 5 pag ina 67 2^- Las no rm as br itán ica s pa ra dos co nc re tos se ex  pr es an en la tab la 5. 6 [6 6. pá gin a 291 j. Las res iste nci as a l a co m pr e sión a los 28 días de fraguado de algunas normas estadounidenses se pr op or cio na n en la ta bl a 5. 7 [6 9, pág ina 34].

I oo oo P 5'5 ReS*íenC ReS*íenCÍa ÍaS S 3 13 13 COmpfesión COmpfesión da * « ■ « * concretos (Normas (Normas turca, T.

.

' iP° tí
Cubos

" X *> X 20 an . ° C

B 30 0 ________________ 5 0 0 _ _ Ver ruú-rsnüias 2 y Sí,

Cilindros ¡5 cm de * x ,, ?. fk g;c m' }

24 0

ew

R. Kui auon (Gib o/cil indra)

íi-

212 CABACTEaíSTiCAS INGENIERÍLES DEL CONCRETO

ADEM ADEMES ES DE CONCRETO 5.3.7

Transporte del concreto

213

Tabla 5.4 Tiempo para qu itar las cimbras (dias)3

Columnas, cimbras

S^ S^ ° i e t u bdan e r í aens .^ .^las L msecciones ' f a c ^ o r ^siguientes. m T s l mtes. ^ o r í a n t e s ' e n ^ ^ transporte t r 'n 'n s 0 ^ ^ por 01' mtuberías se siguien

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a t r da ? deteraiM p° r ja

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Cimbras del piso

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3

de cada 40 cm de espesor de concreto. La vibración vibración se deberá utilizar utilizar también en 3a superficie de las cimbras o encofrados de acero. La su pe ni ci e del co nc re to s e d eb er á man tenerhúm eda durante dos semanas -os tiempos para quitar las cimbras o encofrados que se utiliza ron al colar el concreto se proporcion an en la tabla tabla 5.4 [2, página 611],

* 30

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Cimbras laterales

3 Ver referencia 2.

g al al e rírí a s, s, la la r e si si s t e nc nc ia ia e d e " 6 0 a T Í T ? * m m ° U titiC 0 0 “ Ü ro ro s y e n e l r el el le le n o d e la s n e m d , r as as d e \ f “ 2 8 d “ S d s c u r a do do : d o a 7 d ía ía s d eb eb er er á s er er d e 1 5 0 a 3 00 00 k“ ’ d d f ra ra s“ s“ -

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Cemento Portiand normal rorc¿ar!d rápido

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5.3.9

° ' EI EI r e re re n™ n™ « o d e , co co n c re re t o fr fr e s c o d e b e s e r d e 7 . 5 ±

Resistencia del concreto

El concr eto es un m ateria l bien, estudia do y las las especificaciones se cescriben en cada f e e de su uso. Las listas listas de las nomias británicas o d t r :a d e b e r i — “ d e S m de cíínacío nes v las inn ri ri pc pc io io nnee s. s. E Enn ^ s o £ í t & dsbeÚ ™te6 5 »inutos, p¿ a ev iL cual cualo , ™ ' “ d e b " á d a r * o llll * s “ d a 3 en la tubería. maguado prem aturo dei concreto 5.3.8

c e “f f i T Í T f s e r pr pr 0 p 0r 0r c i0 i0 n “ al E1 E1“ ! d el el c ap ap ít ít ul ul o co co m o ap ap é nd nd i i ces [66J. Toda la información se puede encontraren estas normas í-ara dar ejemplos, las tres resistencias del concreto que se utilizan mas âmpliamente en las normas turcas se dan en la tabia 5 5 pag ina 67 2^- Las no rm as br itán ica s pa ra dos co nc re tos se ex  pr es an en la tab la 5. 6 [6 6. pá gin a 291 j. Las res iste nci as a l a co m pr e sión a los 28 días de fraguado de algunas normas estadounidenses se pr op or cio na n en la ta bl a 5. 7 [6 9, pág ina 34].

Vaciado y mantenimien t0 del concreto

B e ^ “ o n t " r e “ s? s ? £ i e Ií t o dexnb: r l * • 2 de 10 a 15 cm para para concre concreto to húmedo y ao-o- - ^ 100 ^ alreaedcr alreae dcr pa ra co nc re to plá stic o. Ai a e r a r s e a su J e * * * ^ m en te-' 100 cm viejas, viejas, la antigua superficie T ' sup en iue s de concreto más con el fin de que se mejore P m ^ ***

I oo oo P 5'5 ReS*íenC ReS*íenCÍa ÍaS S 3 13 13 COmpfesión COmpfesión da * « ■ « * concretos (Normas (Normas turca, T.

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2 **■

7 dí as

2 8 di as

365 dias

'6.2 89 0 3.2 4 60

3 4 .8 505 0 5.0 720

. 50.7 7 35 0 3 .9 57 0

69.4 10030 4 .4 64 0

Concreto con agua-cemento de 0.6 (I : 1.5 : 3) Resistencia media (MN/m ) J 5 .4 3 0 .7 Resistencia media (lb/pulg3) 2230 4450 Desviación estándar (MN/m2) 4.6 3 .9 Desviación estándar (lb/pulg2) 67 0 56 0

39.7 5760 4 .8 700

57.4 8330 4.6 ■ 66 0

p i t i

n r i ' C . ■

4.00 5.00 5.16 6.00 6.44 7.00 7.74 8.00 ■ 9 .0 .0 0

0.35 0.44 0.46 0.53 0.57 0.62 0.69. 0.7! 0. 0. 3 0

6 100 50 0 0 4800 40 G0 3600 3200 2700 25 5 0 2050

Aire 'retenido ■

R. Kui auon (Gib o/cil indra)

íi-

215

USO DE L CONCRETO EN LAS MINAS.. Concreto lanzado

“ El concreto lanzado” tam bién conocido como “gun ita”, es es mortero o concreto que se aplica neumáticamente. Se define como mortero o concreto que se ha transportado desde el equipo de entrega (general mente llamado “cañón lanzacemento”), a través de una manguera, y se proyecta neum áticame nte a una velocidad alta sobre una superfici superficie. e. Generalmente, se usa una mezcla un tan to seca, para que el material sea sea capaz de sostenerse p or s í mismo sin desprenderse o deslizarse, deslizarse, inclu inclu yendo aplicaciones verticales y en los techos [70, página 1-2]. Los dos procesos básicos del concreto lanzado son: 1) el proceso de mezcla en seco que se utiliza ampliamente, en donde una mezcla de cemento y de arena húm eda se transpo rta a través de una manguera hasta una boquilla del chiflón en la cual se agrega el resto del agua de la mezcla; 2) el proceso de mezcla húmeda recientemente introduci do en donde todos los ingredientes (incluyendo el agua) se mezclan antes de entrar en la manguera de descarga. Ambos métodos produ cirán una calidad adecuada de concreto lanzado para cumplir con los requ isitos normales. .. Un ensamble típico para el proceso en seco, se muestra en la fi gura 5.5 [70, página 17]. Consta de un cañón lanzacemento, un com pr es or de aire , ma ng ue ra pa ra el ma ter ial, ma ngu era s par a aire y agua, boquilla del chiflón y, algunas veces, una bomba para el agua. Primero, los materiales se deben dosificar o proporcionar, gene ralmente en cantidades aproximadamente de 43 kg de cemento por

Res iste ncia a ¡a compr esión en 23 días de fraguado (lb/pulg2 } Air e no retenido

24 0

5.4. í

■Tabla 5.7 Resistencia a la la com presión de varios concretos (Normas estadounidenses)a

Por peso

ew

USO DEL CONCRETO EN LAS MINAS

aVer referencia 66.

Galón estadounidense po rs ac ob

. ° C

5.4

1 dia

Rel ació n a gita cem ento

Cilindros ¡5 cm de * x ,, ?. fk g;c m' }

B 30 0 ________________ 5 0 0 _ _

TubJa 5.6 Resistencia del concre to (Norm as británicas 12)°

: ? w í r a í s s g t s

Cubos

" X *> X 20 an

Ver ruú-rsnüias 2 y Sí,

AOEMGS OE CONCHETO

Mortero normal B.S. 12 (1947) Resistencia media (MN/m3) Resistencia media (ib/pu¡g2) Desviación estándar (MN/m2) Desviación estándar (Ib/puig1)

.

' iP° tí
50 50 0 0 4000 3900 3200 2900 2600 2200 2 0 50 1650

aVsr referencia referencia 6 -?. * 1 sacn de EE.UU. de cemento = 94 Ib, i gaión estadounidense de agua = S.33 lij, lij,

I t

La resistencia a la tensión del conc reto es alred edor de 0.1 de los valores de la resistencia a la compresión, y la resistencia a la tensión en la la flexión {resistencia a la rup tura ) es cerca de 0.15 veces la de la resistencia a la compresión.

j j ¡ I !

hacia el chiflón

Figura 5.5 Colocación típica para si lanzado de concreto en seco.

2 **■


AOEMGS OE CONCHETO

TubJa 5.6 Resistencia del concre to (Norm as británicas 12)°

1 dia

7 dí as

2 8 di as

365 dias

'6.2 89 0 3.2 4 60

3 4 .8 505 0 5.0 720

. 50.7 7 35 0 3 .9 57 0

69.4 10030 4 .4 64 0

Concreto con agua-cemento de 0.6 (I : 1.5 : 3) Resistencia media (MN/m ) J 5 .4 3 0 .7 Resistencia media (lb/pulg3) 2230 4450 Desviación estándar (MN/m2) 4.6 3 .9 Desviación estándar (lb/pulg2) 67 0 56 0

39.7 5760 4 .8 700

57.4 8330 4.6 ■ 66 0

Mortero normal B.S. 12 (1947) Resistencia media (MN/m3) Resistencia media (ib/pu¡g2) Desviación estándar (MN/m2) Desviación estándar (Ib/puig1)

: ? w í r a í s s g t s

5.4

Res iste ncia a ¡a compr esión en 23 días de fraguado (lb/pulg2 }

p i t i

n r i ' C . ■

4.00 5.00 5.16 6.00 6.44 7.00 7.74 8.00 ■ 9 .0 .0 0

Por peso

Air e no retenido

0.35 0.44 0.46 0.53 0.57 0.62 0.69. 0.7! 0. 0. 3 0

6 100 50 0 0 4800 40 G0 3600 3200 2700 25 5 0 2050

Aire 'retenido ■

Concreto lanzado

“ El concreto lanzado” tam bién conocido como “gun ita”, es es mortero o concreto que se aplica neumáticamente. Se define como mortero o concreto que se ha transportado desde el equipo de entrega (general mente llamado “cañón lanzacemento”), a través de una manguera, y se proyecta neum áticame nte a una velocidad alta sobre una superfici superficie. e. Generalmente, se usa una mezcla un tan to seca, para que el material sea sea capaz de sostenerse p or s í mismo sin desprenderse o deslizarse, deslizarse, inclu inclu yendo aplicaciones verticales y en los techos [70, página 1-2]. Los dos procesos básicos del concreto lanzado son: 1) el proceso de mezcla en seco que se utiliza ampliamente, en donde una mezcla de cemento y de arena húm eda se transpo rta a través de una manguera hasta una boquilla del chiflón en la cual se agrega el resto del agua de la mezcla; 2) el proceso de mezcla húmeda recientemente introduci do en donde todos los ingredientes (incluyendo el agua) se mezclan antes de entrar en la manguera de descarga. Ambos métodos produ cirán una calidad adecuada de concreto lanzado para cumplir con los requ isitos normales. .. Un ensamble típico para el proceso en seco, se muestra en la fi gura 5.5 [70, página 17]. Consta de un cañón lanzacemento, un com pr es or de aire , ma ng ue ra pa ra el ma ter ial, ma ngu era s par a aire y agua, boquilla del chiflón y, algunas veces, una bomba para el agua. Primero, los materiales se deben dosificar o proporcionar, gene ralmente en cantidades aproximadamente de 43 kg de cemento por

■Tabla 5.7 Resistencia a la la com presión de varios concretos (Normas estadounidenses)a

Galón estadounidense po rs ac ob

USO DE L CONCRETO EN LAS MINAS.. 5.4. í

aVer referencia 66.

Rel ació n a gita cem ento

215

50 50 0 0 4000 3900 3200 2900 2600 2200 2 0 50 1650

aVsr referencia referencia 6 -?. * 1 sacn de EE.UU. de cemento = 94 Ib, i gaión estadounidense de agua = S.33 lij, lij,

I t

La resistencia a la tensión del conc reto es alred edor de 0.1 de los valores de la resistencia a la compresión, y la resistencia a la tensión en la la flexión {resistencia a la rup tura ) es cerca de 0.15 veces la de la resistencia a la compresión.

j j ¡ I !

hacia el chiflón

Figura 5.5 Colocación típica para si lanzado de concreto en seco.

216 AOciVIES DE CONCRETO.


217

I

de “

*™ «.

Figura 5.6 CaSÓ„ lap e m en te típico de doble cámara. ' ÍOT^ 5 r P ^ ^ 5 t ó _^ p r o D ? ' ^ COntr0lan tan t0 P °r volumen en-u n a r e v ol ve d or a de Ta mbor o mezct a Se mezcladora de tomillo o un f-an.n ! ^ n os ¿ a so s>?0r medio de una suspensión, se inyecte por ’ me zda d° manguera, hasta ^ b o a id n T d e c h a t ™ * de una inyec ta dentro del material .„ h ? ® ta b° qUiíh' el a*l!a « se mezcla con el agua La me7cl~ m r

ade chifI on de 20 a 30 cm,

y agua pasan en tr^ la bo qu íí a t T n u n T T ’ f ™ ' ^ demat er ial se completa la mezcla con el a«ua ° E que' En eI ™Pacto, t : ™ : z :: z £ r ¿ ^ ■“ » « * „ , „ ¡¡PlC0 de d„ alimenta la mezcla ™ d" 5“ * C°n° Cerrada>>' '=™
ca™ara mfenor es ap ro

tipo de aumentación réu m ica" bu Í * ™ **” COncreto lanz^ P ágin a 6 3], La c á n . a r a T ^ - c í " “ T “ 85*” en b 5.7 [70. el. me ,ck tuuujadu. se descarga bajo presión

T 7éS de Un COleCtor ó pileí!1 de alimentación neumática al °>faezclad 0ra- La mPid;2 de descarga y la « . t a n ’r ite i*J° *" ^ t u be n a d e e n tr eg a se c on tr ol an co nju namente t0n la presión del a,re y la velocidad de rotación de las paletas de a revolvedora o mezcladora. Conforme se desea™ el ma “ dentro del colector o pileta, aquél se fuerza a pasar por medio de™ fn

S - a e"l n r111' or 5 "lde 1la‘°n d° P° r U'M aber,Ura aUSera™ nte rairinoid a hacia el mten manguera de descarga una velocidad a ta De manera, el material se transporta en lotes alternados de aire con.pnm.do y de matenai hacia la boquilla. E„ la boquilla L t r e " mas aíra com primido a través de un anillo especial para aire efeua ! interrumpe los lotes y proporciona una velocidad adicional ai m-tem en tas se lanza desde la boquilla del chiflón. La granulometría de los concretos lanzados se indica en la fi<-uía 3S M ?i mr T eS ^ k c h3 d a COa S™“ 05 y (7 0. nabi na j 8 ) La linea B y el área sombreada alrededor de ella represento concreto fino lanzado, mientras que la linea E v su área relacionadrepresenta una lechada con gruesos. En el proceso de mezcla seca con agregados gruesos, la relación agua-cem ento es d facto r más fácil de «¡ncrolar. y varía desde 0.32-hasta 0.40. dependiendo del tamaño =....j~auon y canead Ge los agregados 1!a £? urüicon. El contenido'

216 AOciVIES DE CONCRETO.


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Figura 5.6 CaSÓ„ lap e m en te típico de doble cámara. ' ÍOT^ 5 r P ^ ^ 5 t ó _^ p r o D ? ' ^ COntr0lan tan t0 P °r volumen en-u n a r e v ol ve d or a de Ta mbor o mezct a Se mezcladora de tomillo o un f-an.n ! ^ n os ¿ a so s>?0r medio de una suspensión, se inyecte por ’ me zda d° manguera, hasta ^ b o a id n T d e c h a t ™ * de una inyec ta dentro del material .„ h ? ® ta b° qUiíh' el a*l!a « se mezcla con el agua La me7cl~ m r

ade chifI on de 20 a 30 cm,

y agua pasan en tr^ la bo qu íí a t T n u n T T ’ f ™ ' ^ demat er ial se completa la mezcla con el a«ua ° E que' En eI ™Pacto, t : ™ : z :: z £ r ¿ ^ ■“ » « * „ , „ ¡¡PlC0 de d„ alimenta la mezcla ™ d" 5“ * C°n° Cerrada>>' '=™
ca™ara mfenor es ap ro

tipo de aumentación réu m ica" bu Í * ™ **” COncreto lanz^ P ágin a 6 3], La c á n . a r a T ^ - c í " “ T “ 85*” en b 5.7 [70. el. me ,ck tuuujadu. se descarga bajo presión

T 7éS de Un COleCtor ó pileí!1 de alimentación neumática al °>faezclad 0ra- La mPid;2 de descarga y la « . t a n ’r ite i*J° *" ^ t u be n a d e e n tr eg a se c on tr ol an co nju namente t0n la presión del a,re y la velocidad de rotación de las paletas de a revolvedora o mezcladora. Conforme se desea™ el ma “ dentro del colector o pileta, aquél se fuerza a pasar por medio de™ fn

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218 ADEME S DE CONCRETO


219

gunas veces, don de se observa más presión, toda la periferia se cubre con concreto, como se muestra en la figura 5.9 [2, página 673], El concreto se sostiene en su lugar pormedio de emparejadores hechos generalmente de láminas de acero. Se requieren de 2 a 4 semanas para un buen fraguado dentro de los emparejadores. Los lechos de los caminos y los lugares donde existe presión alta, se sostienen prim ero con arco s rígidos, luego se coloca concreto detrás de los arcos y del terreno que sostienen, formando un concreto refor zado como indica la figura 5.10 [2, página 678]. Tales galerías o soca vones se pu eden conserva r.durante 25 a 30 años sin ninguna alteración. Tar7’3ño de la abertura de |a maü a ;mm)

ei“

^

" L

S S “ S

i í : : ^ r e"“

del cemento puede variar desde 300 k a / m 3 hasta 400 w /m3 concretos lanzados de 375 a 4^5 W rr r¿ V S/ P*ra

a s  d * » “ " ■“

5 .4.2 40 a“

« .

s

u

k

k

s

Concreto m onolítico

" C° ]r a d ¿ n dg - o ícapa) de ' aif.u . ^ r dL lo, lados y eí techo del socavón o túnel. Ab

i'igura 5.10 Arcos rígidos que se cubren cor. concrctc para gaicrias do iarsa vi-

218 ADEME S DE CONCRETO


219

gunas veces, don de se observa más presión, toda la periferia se cubre con concreto, como se muestra en la figura 5.9 [2, página 673], El concreto se sostiene en su lugar pormedio de emparejadores hechos generalmente de láminas de acero. Se requieren de 2 a 4 semanas para un buen fraguado dentro de los emparejadores. Los lechos de los caminos y los lugares donde existe presión alta, se sostienen prim ero con arco s rígidos, luego se coloca concreto detrás de los arcos y del terreno que sostienen, formando un concreto refor zado como indica la figura 5.10 [2, página 678]. Tales galerías o soca vones se pu eden conserva r.durante 25 a 30 años sin ninguna alteración. Tar7’3ño de la abertura de |a maü a ;mm)

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220 ADEM ES DE CONCRETO ■í ^r :7*

r3

USO DSL CONCRETO EN LAS MINAS

221

tales lugares, se colocan bloques cónicos en forma de arco y se inser tan bloques de madera de 5 cm de espeso r entre los bloques para ab sorber el movimiento. La sección transversal y el alzado lateral se muestran en lailg ura 5,1 la y El tech o se sostiene temporalmente po r m ed io de ade me s de m ad er a ta i co m o se in di ca n po r a % 7 T Los bloques que se indican con el número 5 se colo can 'en’suîUo con la ayuua de un montacarg as [3 y 4], Las dimensiones se dan en la ligura 5.11c. La sección transversal de la galería en su forma lam ina  da se muestra en la figura 5.1W. Los ademes temporales de madera se dejan en el lugar y se agrega conc reto extra en el techo [71 ? ™. gina 676]. , • 1 ’ y 5.4,4

Revestimiento de concreto para ios4« ^

La colocación de ademes ai profundizar l o s( W ^ T n m y hToortan^ y es la operación que req uiere m ás tiem po. Hn este libro sólo se ex po nd ia n bre ve me nte los pu nt os es en cia les El si st e in H-. -í explica en form a esque mática . U1,a de ademe se El tiro se profundiza temporalmente ya sea por medio de ade mesi de ma dera o d e per files acanala dos. El tiro se excava a una oromndidad de 15 a 4 0 metros, según las condiciones de la roca. Lues¿ se í í f .Un .dentado ° sangrado”> como se muestra en la figura 5 P tf pa gin a 68 0] , y se cu ela co nc re to m on olí tic o, util iza ndo em pa re ja do !« de hie rro , ge ne ra lm en te de 3 a 4 me tro s de pro fu ndi da d El concreto se prepara en la superficie y se baja en botes especiales que se abren en el fondo., o por medio de una tubería. Las "platafor mas móviles’, hechas Se dos cubiertas, se utilizan para colocar -1 concreto .y para quitar las cimbras o-los encofrados. El concreto se compacta con vibradores en cada colado, figura 5 P ¿ [30 'M El diserto desangrado y el espesor del revestimiento deftiro se ven en la sección 5.5. que traía sob re diseno.' ^ - . n

Hn l u í ? ,

t ó e M o d 5 ! a s - r ia c o n b to q u s d iM n O TM ft7 ii

R^VeSíím¡enÍ0

. o ra on o jf, i „ *

‘úneles cun bloques de concrero

(~

nT * ^ " n S ; ¿ T S

5.4.5

Techos artificiales

Un,tef ° ? rtifldai” en ios ®“ ‘os gruesos y e„ los cuerpos cnuculares de los depositos romerales se está volviendo más común cada d,a. La mena se explota en cortes o tajadas descendentes m i La vista esquemática de ese sistema adaptad o a una mina de cobre « ! j" s 1 “ ‘f . Rf a D-13 í '3. Pá *ta 20!. Ei pan el o cu ar tel se desap---lk p0‘ ii:eu!0 de aos contrapozos o chillones F¡ y F ,, y cada cor!“ o

220 ADEM ES DE CONCRETO ■í ^r :7*

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USO DSL CONCRETO EN LAS MINAS

221

tales lugares, se colocan bloques cónicos en forma de arco y se inser tan bloques de madera de 5 cm de espeso r entre los bloques para ab sorber el movimiento. La sección transversal y el alzado lateral se muestran en lailg ura 5,1 la y El tech o se sostiene temporalmente po r m ed io de ade me s de m ad er a ta i co m o se in di ca n po r a % 7 T Los bloques que se indican con el número 5 se colo can 'en’suîUo con la ayuua de un montacarg as [3 y 4], Las dimensiones se dan en la ligura 5.11c. La sección transversal de la galería en su forma lam ina  da se muestra en la figura 5.1W. Los ademes temporales de madera se dejan en el lugar y se agrega conc reto extra en el techo [71 ? ™. gina 676]. , • 1 ’ y 5.4,4

Revestimiento de concreto para ios4« ^

La colocación de ademes ai profundizar l o s( W ^ T n m y hToortan^ y es la operación que req uiere m ás tiem po. Hn este libro sólo se ex po nd ia n bre ve me nte los pu nt os es en cia les El si st e in H-. -í explica en form a esque mática . U1,a de ademe se El tiro se profundiza temporalmente ya sea por medio de ade mesi de ma dera o d e per files acanala dos. El tiro se excava a una oromndidad de 15 a 4 0 metros, según las condiciones de la roca. Lues¿ se í í f .Un .dentado ° sangrado”> como se muestra en la figura 5 P tf pa gin a 68 0] , y se cu ela co nc re to m on olí tic o, util iza ndo em pa re ja do !« de hie rro , ge ne ra lm en te de 3 a 4 me tro s de pro fu ndi da d El concreto se prepara en la superficie y se baja en botes especiales que se abren en el fondo., o por medio de una tubería. Las "platafor mas móviles’, hechas Se dos cubiertas, se utilizan para colocar -1 concreto .y para quitar las cimbras o-los encofrados. El concreto se compacta con vibradores en cada colado, figura 5 P ¿ [30 'M El diserto desangrado y el espesor del revestimiento deftiro se ven en la sección 5.5. que traía sob re diseno.' ^ - . n

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t ó e M o d 5 ! a s - r ia c o n b to q u s d iM n O TM ft7 ii

R^VeSíím¡enÍ0

‘úneles cun bloques de concrero

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5.4.5

Techos artificiales

Un,tef ° ? rtifldai” en ios ®“ ‘os gruesos y e„ los cuerpos cnuculares de los depositos romerales se está volviendo más común cada d,a. La mena se explota en cortes o tajadas descendentes m i La vista esquemática de ese sistema adaptad o a una mina de cobre « ! j" s 1 “ ‘f . Rf a D-13 í '3. Pá *ta 20!. Ei pan el o cu ar tel se desap---lk p0‘ ii:eu!0 de aos contrapozos o chillones F¡ y F ,, y cada cor!“ o


22 3

Tiro para cuar tel con cerrojo

Figu*a 5.Î2 Revestimiento monolítico dd tiro [2 301

^ s

^ : si S

r

cci6n y re"

r 58 mmban

c en tím etro s d e es J o “ Ê “ « ifda“ — hidráulicamente.

0 ^ a pro xim ad “ * " t e 30 (¿1

*•*-•***"• '“ pr op or ciia on a en la se cc ión 5. 5. 5.

Fin ira 3.13 Una cámara de labo r típica con cortes a tajadas descendentes donde se uulira un techo artificia! [75],

22 3


Tiro para cuar tel con cerrojo

Figu*a 5.Î2 Revestimiento monolítico dd tiro [2 301

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*•*-•***"• '“ pr op or ciia on a en la se cc ión 5. 5. 5.

pr í?3 ra-

ADEMES De CONCRETO

;Mk:

*aíuerzo de¡

Fin ira 3.13 Una cámara de labo r típica con cortes a tajadas descendentes donde se uulira un techo artificia! [75],

DISEÑO OEL CONCRETO 225

Relleno hfdráú-'

5.5 5.X1

¿

DISEÑO DEL CONCRETO

Diseño para la preparación del concreto

lo s dos factores siguientes se deben satisfacer Pn u concre to destinado a trabajos subterrán eos

*1

es

c e s a r l a s ^

~

^

S

S

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d i o i t d X t ^ i T p r ia rasisrenci:i 3 ia a

= —

_

; ltr

(5.10)

en donde

a*v \

La resistencia prom edio sobre e! cut í «» k^,. i = Resistencia de proyecto (.resistencia r e s is tí espec ificada) i Cá,CU,os' r/ — ^ f ■

:;

S

r

«

á

. . • , para condiciones medias: de 0.15 a 0 ^n v ™ cond icione s pobr es en don de la nhvirJ ' a _ trolar : de 0. 20 a 0 .3 0 n° 55 pUe de Con“

'  Coeficiente estad ístico; si se debe acentar el 95% de los pecimenes, c= 1i.u$ 45 P¡ yu/o qner es « aceptable, ‘ , T t = 1 e los es~ .j, si*¡ eí

se venhea con la fórmula de la fluidez requiere más agua.

>) Paj j '

wncidad_de a=Uü i3 e^on creto fluido se

Tercero, se calcula el volume n tota l de los rv, c o no c en el c e me n to , ei a gu a y e! a ir e, é s to s se s ¿ S t £ , m “

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pr í?3 ra-

ADEMES De CONCRETO

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DISEÑO OEL CONCRETO 225

Relleno hfdráú-'

5.5 5.X1


Diseño para la preparación del concreto

lo s dos factores siguientes se deben satisfacer Pn u concre to destinado a trabajos subterrán eos

¿

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(5.10)

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'  Coeficiente estad ístico; si se debe acentar el 95% de los pecimenes, c= 1i.u$ 45 P¡ yu/o qner es « aceptable, ‘ , T t = 1 e los es~ .j, si*¡ eí

se venhea con la fórmula de la fluidez requiere más agua.

>) Paj j

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Tercero, se calcula el volume n tota l de los rv, c o no c en el c e me n to , ei a gu a y e! a ir e, é s to s se s ¿ S t £ , m “

22 6 ..v:>5.

AD EM ES DE CONCRETO

iíáío lo forman los agregados'(grava-arena). Se supone la relación grava-arena, después se en cuentran sus volúmenes respectivos Como se explico, la preparación del concreto se basa en muchos supuestos. Por consiguiente, se deben preparar las muestras y deter mina r el peso unitario, la com pacidad y la fluidez. Después, las mues ca, se deberán prob ar al termino de sus tiempos de frasua do Si las resistencias que se determinan mediante las pruebas, no reúnen ios requerimientos del proyecto, se deberán hacer algunas correjones Estas correcciones se pueden hacer a la granulometría de'los agrm Í°d difícil iffc ü es con respecto * Cemen,t0 y " 12 Cai,tMadEn de la asua ' La corrección m as a la granulometría. práctica, muchas de las ¿alias se deben a este factor. Como un ejemplo numérico, calcúlese el revestimiento m or di  sco en un tiro, para el cual se proporcionan los datos siguientes: Resistencia a la compresión del concreto después de 23 días = Condiciones del concr eto Agregado y su tamaño máximo Módulo de finura

'

uni , , F, r ,, ? 3la- 2S mm A -o.l

el J r T T ^ CO“dicionas *= trabaJ° como buenas ( K = o I 5J con ei d« los especímenes aceptable ir = 1 r * , zo promedio según la ecuación (5 JO) es: ^ el „

_

160 I ~ 1.645 X gTT?

mey

2í2

*"225 kg/cm 2

» « «o

de Boio-

“

DISEÑO D5L CONCRETO

227

Se deberá verificar la condición de fluidez. Según la ecuación (5.2 ) pa ra el m ód ul o de fin ur a 3 . 1, M w ~ 58(7 - 3.1) = 226 kg/m3 No ex ist e m uc ha dif er en cia en tre las do s ca nti da de s de agu a qu e se determ inaron; entonces, la primera se toma para el cálculo. Si 7 y % son las densidades del cemento y de la grava, respectivamente, 1 ^ M e

—

Y e

+

Ma *' + M w

+ v

 i m 3

7 a

La cantidad de aíre que se toma es 1% y ia cantidad de los agrega dos se da po r lo siguiente: 350 AL 3-11 + T ó T * 200 +

=

~tros

M a = 1 7 9 7 ----- ►¡800 k g/m3 Los compon entes para 1 m3 de concreto se proporcionan en la lisia siguiente: Cemento ASua Agreg ado tota l

Mc = 3 5 0 k g /m 3 M„ = 2 0 0 k g /m 3 ¿ 4 =■■1,800 kg/m 3

Esias cifras no son las finales. Al hacer las pruebas, se deberán hacer correcciones, si con los resultados no se obtiene una resistencia a la compresión de 225 kg/cm2. 5.5.2

Diseño para el concreto lanzado

= 180 ( ¿ - O.s) kg/cm2 225 = 180 /'•i- o.s) a

Según Rabeewicz [74], ia fórmula siguiente* se capa ra los concretos ümados. en condiciones normales. Estos resultados concuerdan con ios de otros investigadores.

c?= 0.57

k , J i e‘ PTT r 0m mi,¡nto id Kn««to se toma como H = 350 k=jm , la canudaa üe asua es/V.v = 350 X 0.57 = 200 kg/m3

í= 0- « 4 f

hl isctijf a-.- secundad P, en ¿i diseño, se supone íîd a i.

( 5.1 i )

22 6 ..v:>5.

AD EM ES DE CONCRETO

iíáío lo forman los agregados'(grava-arena). Se supone la relación grava-arena, después se en cuentran sus volúmenes respectivos Como se explico, la preparación del concreto se basa en muchos supuestos. Por consiguiente, se deben preparar las muestras y deter mina r el peso unitario, la com pacidad y la fluidez. Después, las mues ca, se deberán prob ar al termino de sus tiempos de frasua do Si las resistencias que se determinan mediante las pruebas, no reúnen ios requerimientos del proyecto, se deberán hacer algunas correjones Estas correcciones se pueden hacer a la granulometría de'los agrm Í°d difícil iffc ü es con respecto * Cemen,t0 y " 12 Cai,tMadEn de la asua ' La corrección m as a la granulometría. práctica, muchas de las ¿alias se deben a este factor. Como un ejemplo numérico, calcúlese el revestimiento m or di  sco en un tiro, para el cual se proporcionan los datos siguientes: Resistencia a la compresión del concreto después de 23 días = Condiciones del concr eto Agregado y su tamaño máximo Módulo de finura

'

uni , , F, r ,, ? 3la- 2S mm A -o.l

DISEÑO D5L CONCRETO

Se deberá verificar la condición de fluidez. Según la ecuación (5.2 ) pa ra el m ód ul o de fin ur a 3 . 1, M w ~ 58(7 - 3.1) = 226 kg/m3 No ex ist e m uc ha dif er en cia en tre las do s ca nti da de s de agu a qu e se determ inaron; entonces, la primera se toma para el cálculo. Si 7 y % son las densidades del cemento y de la grava, respectivamente, 1 ^ M e

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160 I ~ 1.645 X gTT?

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2í2

*"225 kg/cm 2

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La cantidad de aíre que se toma es 1% y ia cantidad de los agrega dos se da po r lo siguiente: 350 AL 3-11 + T ó T * 200 +

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~tros

M a = 1 7 9 7 ----- ►¡800 k g/m3 Los compon entes para 1 m3 de concreto se proporcionan en la lisia siguiente:

el J r T T ^ CO“dicionas *= trabaJ° como buenas ( K = o I 5J con ei d« los especímenes aceptable ir = 1 r * , zo promedio según la ecuación (5 JO) es: ^ el „

227

Mc = 3 5 0 k g /m 3 M„ = 2 0 0 k g /m 3 ¿ 4 =■■1,800 kg/m 3

Cemento ASua Agreg ado tota l

Esias cifras no son las finales. Al hacer las pruebas, se deberán hacer correcciones, si con los resultados no se obtiene una resistencia a la compresión de 225 kg/cm2. 5.5.2

Diseño para el concreto lanzado

= 180 ( ¿ - O.s) kg/cm2 Según Rabeewicz [74], ia fórmula siguiente* se capa ra los concretos ümados. en condiciones normales. Estos resultados concuerdan con ios de otros investigadores.

225 = 180 /'•i- o.s) a c?= 0.57

/V.v = 350 X 0.57 = 200 kg/m3

( 5.1 i )

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k , J i e‘ PTT r 0m mi,¡nto id Kn««to se toma como H = 350 k=jm , la canudaa üe asua es-

hl isctijf a-.- secundad P, en ¿i diseño, se supone íîd a i.

228

AOSIVIES DE CONCRETO

en doncie


229

t - Espesor de¡ concreto lanzado, en metros t r i a d o 6.16 ,a" Zad°- “ ' « * * * **** r = Radio de !a galería o socavón, en me tros Esfuerzo cortante permisible de! material para el concreto

las aplicaciones típicas para túneles principales de d ^ m f de ancho y para túneles profundos de 6 O m e t i T \ mrna de cobre, se dañe n la figura 5.15 [73, p á ^ a ?! ’ *“ “““ c ua l

“ í *™ e n 1 5 t o ” / m M a

f u er z o c o rt a nt e d ei co n c re to la n za d o e f o ? f T ^ C -- bÔnr H pr es ió n) y est e se pu ed e to m ar co mo 22 5 k ^ T ^  S o l “ t se supone un factor de se^ urid ^ r . ’ Í0n/™-. Si es co mo sigue: & e eSiUerzo c orta nte perm isible r

SJ

- 02Oh  °2 X 2250 F 3 ~ *50 ton/m2

•P«ra galerías o túneles de r, = n ?

i

tx - 0.434 X



ISO

i

y r 2

° r rsi dsi " ,iMad° ^ ^ * » « J ^c on cr eto lanzado = 4 X ] m X 3 cm X 10 aCÍ°r e seguntiad. conEra el desprendimiento = 12,000/

kg/cm2 = 12 nnn 900 = 13, ’

E" S“e“ . la noima para el espesor del concreto lanzado es de 10

v » - -? r

 3.0 metros:

¡Qm -ü.lO m

t. = n \/ 15 X 3.0 ° - « 4 X - ¡ i - = 0.I 3 n l_ ^ 0 J 5 m 53.3

Diseño para el revestimiento de tiros ‘

0.7 5 m

:

0. i0 m ^ e s sjguientes se aplican en la figura 5.1 7 [2 6391 ’

Según Protodjakonov [78]: t =

0.’0 rn rigura 5.15 Aplicaciones de conc ho tan—r i lantuao en una reina de cobre Í73]

Pr ío jF )P

150 (a „/F )

t = 0 .0 07 V 2 7 F t 14 Según Brinkhaus [79J:

• ( 5. 12 ) (5.13)

o-

■c = — -f 1 ? 10

(5.14)

228

AOSIVIES DE CONCRETO


en doncie

229

t - Espesor de¡ concreto lanzado, en metros t r i a d o 6.16 ,a" Zad°- “ ' « * * * **** r = Radio de !a galería o socavón, en me tros Esfuerzo cortante permisible de! material para el concreto

las aplicaciones típicas para túneles principales de d ^ m f de ancho y para túneles profundos de 6 O m e t i T \ mrna de cobre, se dañe n la figura 5.15 [73, p á ^ a ?! ’ *“ “““ c ua l

“ í *™ e n 1 5 t o ” / m M a

f u er z o c o rt a nt e d ei co n c re to la n za d o e f o ? f T ^ C -- bÔnr H pr es ió n) y est e se pu ed e to m ar co mo 22 5 k ^ T ^  S o l “ t se supone un factor de se^ urid ^ r . ’ Í0n/™-. Si es co mo sigue: & e eSiUerzo c orta nte perm isible r

SJ

- 02Oh  °2 X 2250 F 3 ~ *50 ton/m2

•P«ra galerías o túneles de r, = n ?

i

tx - 0.434 X



i

y r 2

ISO

° r rsi dsi " ,iMad° ^ ^ * » « J ^c on cr eto lanzado = 4 X ] m X 3 cm X 10 aCÍ°r e seguntiad. conEra el desprendimiento = 12,000/

kg/cm2 = 12 nnn 900 = 13, ’

E" S“e“ . la noima para el espesor del concreto lanzado es de 10

v » - -? r

 3.0 metros:

¡Qm -ü.lO m

t. = n \/ 15 X 3.0 ° - « 4 X - ¡ i - = 0.I 3 n l_ ^ 0 J 5 m 53.3

Diseño para el revestimiento de tiros ‘

0.7 5 m

:

0. i0 m ^ e s sjguientes se aplican en la figura 5.1 7 [2 6391 ’

Según Protodjakonov [78]: t =

Pr ío jF )P

150 (a „/F )

• ( 5. 12 )

t = 0 .0 07 V 2 7 F t 14

0.’0 rn

(5.13)

Según Brinkhaus [79J:

rigura 5.15 Aplicaciones de conc ho tan—r i lantuao en una reina de cobre Í73]

230.

o-

■c = — -f 1 ? 10

ADEMES 0E CONCRETO

(5.14)


231

N úm er o de Poi sso n Densidad Resistencia a la compresión del concreto utilizado a los 28 días de fraguado Densidad Radio del tir.o Factor de seguridad

m = S 7 = 2.5 ton/m3

ab = 225 kg/cm2 a& = 2.4 ‘ton/m 3 / r = 2.5 metros F = 2

Calcúlese primero el esfuerzo horizontal sobre el revestimiento del tiro. ng tira 5.17 Revestimiento del Ciro y presiones laterales [2].

p  = 0.1 X 2.5 X 300 {yínl 5 -1

Según He ber [SO]:

= 18.75 kg/cm2

~m? \ abIF ij r (mediano < 400 m profundo) (5.15) o„IF 2P t=

°b!F \ •- lj r °JFy/3P

(profundo > 400 m)

(5.16)

Suponiendo ab = 225 kg/cm2 como el esfuerzo a, del revesti miento: 4 _ 18.75 X 250 150 h ~ 7^"- _ rr-T -r + (2 25 /2)- 18.75 ' (225/2) = 51.33 cm

en donde

= 52 cm í _ ? pe! °r deI revesíimiento, en centímetros. i resion lateral sobre el revestimiento, en kilogramos por centímetro cuadrado! , por Hr Z _

ld del Ür0 desde la suP« ñc ie, en centímetros. 10 de ! íir 0> en ce nt ím et ro s.

a> ~ centímetro cRe S e tC Ía‘de i-fraSUad0 de 28 días- en kilogramos entre cuadrado. F - Factor de seguridad, generalmente se toma como 2. En el siguiente ejemplo numérico se indica la utilización de estas ecuaciones con los datos siguientes: Prorundidad del tiro ' FGLma ción . Capacidad de soporte (o de c orsa ’’

tf = 300 meôs Arenisca ^ _ ,- , . a* 5uro  kg/cm 

,•

225/2 \ ' ^ [ Y 225 /2 - 7 X 18 75 "" ^j h = 0.007 y / 2 X 250 X 30000 + 14=41 cm 500 i* — jq~ + 12 = 62 cm Se puede ver que los resultados de 52, 56, 41 y 62 centímetros guardan una estrecha relación entre sí, 5.5.4

Diseño del indenta do de un tiro

Cuando se coloca el revestimiento, se hace un pequeño “incensado o sangraco” alrededor de to do el tiro para trasladar !a carga muerta del revestimiento hacia la roca principal. Esto se repite en cada colado c vaciado de concreto, generalmente, a mter/ilos'de 20 a~40 metros.

230.

ADEMES 0E CONCRETO


231

N úm er o de Poi sso n Densidad Resistencia a la compresión del concreto utilizado a los 28 días de fraguado Densidad Radio del tir.o Factor de seguridad

m = S 7 = 2.5 ton/m3

ab = 225 kg/cm2 a& = 2.4 ‘ton/m 3 / r = 2.5 metros F = 2

Calcúlese primero el esfuerzo horizontal sobre el revestimiento del tiro. ng tira 5.17 Revestimiento del Ciro y presiones laterales [2].

p  = 0.1 X 2.5 X 300 {yínl 5 -1

Según He ber [SO]:

= 18.75 kg/cm2

~m? \ abIF o „ I F  2 P - ij r (mediano < 400 m profundo) (5.15) °b!F \ •- lj r °JFy/3P

t=

(profundo > 400 m)

Suponiendo ab = 225 kg/cm2 como el esfuerzo a, del revesti miento: 4 _ 18.75 X 250 150 h ~ 7^"- _ rr-T -r + (2 25 /2)- 18.75 ' (225/2)

(5.16)

= 51.33 cm

en donde

= 52 cm í _ ? pe! °r deI revesíimiento, en centímetros. i resion lateral sobre el revestimiento, en kilogramos por centímetro cuadrado! , por Hr Z _

ld del Ür0 desde la suP« ñc ie, en centímetros. 10 de ! íir 0> en ce nt ím et ro s.

a> ~ centímetro cRe S e tC Ía‘de i-fraSUad0 de 28 días- en kilogramos entre cuadrado. F - Factor de seguridad, generalmente se toma como 2. En el siguiente ejemplo numérico se indica la utilización de estas ecuaciones con los datos siguientes: -

h = 0.007 y / 2 X 250 X 30000 + 14=41 cm

,•

500 i* — jq~ + 12 = 62 cm Se puede ver que los resultados de 52, 56, 41 y 62 centímetros guardan una estrecha relación entre sí, 5.5.4

tf = 300 meôs Arenisca

Prorundidad del tiro ' FGLma ción . Capacidad de soporte (o de c orsa ’’

225/2 \ ' ^ [ Y 225 /2 - 7 X 18 75 "" ^j

Diseño del indenta do de un tiro

Cuando se coloca el revestimiento, se hace un pequeño “incensado o sangraco” alrededor de to do el tiro para trasladar !a carga muerta del revestimiento hacia la roca principal. Esto se repite en cada colado c vaciado de concreto, generalmente, a mter/ilos'de 20 a~40 metros.

^ _ ,- , . a* 5uro  kg/cm 

232 ADEMES DE CONCRETO

DISEÑO DEL CONCRETO 233

V

Capacidad de soporte de ¡a roca, en kilogramos ¿niñ een Limeíro-^áfeko. V = Esfuerzo c ortante de seguridad del concreto, en kilo^rainos po r ce ntím etro cuadrado. * a = Ángulo horizon tal del indentado, en grados. ?3 Angulo vertical del indentado, en arados. Haciendo que el espesor del ejemplo precedente sea de 50 centfddoTdeS a- -f i 0" , ?laraprofund df 4 0 m eír°o5 sangrado y ei ánSül° idad del^ indentado es: de! U n t a  a>

= 28 cm

Figura 5.18 Diseño dei ind en tai del tiro [2J.

El indentado o san ead o «-

} / c 2 5 0 + SOI2 + -0_ü_~5ií_r 5°)C50){4UÜ0)(0.0024f Y 15 - (250 + 50)

mo“ gueT° COnante dS SeSUIÍdad del concret°

/

y las f ór m ul as se e x pr e sa n c o m o d e ! ” ^

P «d e calcular co

5 ' 1 8 ‘2’ págína ó95i rSf  Q.5 y/a ¿ = 0.5 V 22 5 = 7.5 kg/cm2

a ^

V ^

+

+ ^

^

CQS^

0■+/*)

(5.17)

h ' > Q i ± J ) th 7 * 2 (r + t) v

(5.18)

(5.19) en donde

t í = Í 2-X 250 + 50)( 50)f4000H n nn?¿n (2)(25Q + 50)(7.5) = 58 cm S ° SSr! n n S' aUnqU,e SeST S’ SCn PeqU£ñ0S Pam su u^ c i 6n prácÍ iv t, P° ! ?Ue ^ proñmdidad « r 1.5 veces el espesor del 20 a. EntoncesC ^ YeIansu!o vertJca] <3uese tomedebeser/3 = 15 a a = 1.5(50) = 75 cm L>-

' = EsoesorW^!

Í =

aS

^

S

eI.tíro' en centímetros.. ‘ ' 0 í ! tfr 0' - c e „ t t e etr os .

Ì S

* - A l tu r a d e l i n de n t ad o e n ^ „ ™ 4 T “ k“ *0’ M C e nt im e tr « . ^ = d en sid ad dei c o n e r e t e ^ y í ^ , ••c ra de. ;; C j r _ . ’ * g r a m o s P o r c e n ti m e tr o cu a-

(5.20)

5.5.5

a 75 tan 0 ~ tan 20a “ 200 cn} Diseño de techos artificiales

El diseno de las varillas de acero para el concreto reforzado forma P ^ del tiaoajo detallado de ingenie ría civil. La referencia 81 descri be un pr oy ec to sem eja nte qu e se de be ut ili za re n un a m in ad a li c it o . En e ejemp lo d aao en las figuras 5. i 3 y 5.! 4, ia presión prom edio se uL -u.a u;>4i,do ia íonn ula ae ierzag hL ecuación (1.34). Se encuen tra

232 ADEMES DE CONCRETO

DISEÑO DEL CONCRETO 233

V

Capacidad de soporte de ¡a roca, en kilogramos ¿niñ een Limeíro-^áfeko. V = Esfuerzo c ortante de seguridad del concreto, en kilo^rainos po r ce ntím etro cuadrado. * a = Ángulo horizon tal del indentado, en grados. ?3 Angulo vertical del indentado, en arados. Haciendo que el espesor del ejemplo precedente sea de 50 centfddoTdeS a- -f i 0" , ?laraprofund df 4 0 m eír°o5 sangrado y ei ánSül° idad del^ indentado es: de! U n t a  a>

= 28 cm

Figura 5.18 Diseño dei ind en tai del tiro [2J.

El indentado o san ead o «-

} / c 2 5 0 + SOI2 + -0_ü_~5ií_r 5°)C50){4UÜ0)(0.0024f Y 15 - (250 + 50)

mo“ gueT° COnante dS SeSUIÍdad del concret°

/

y las f ór m ul as se e x pr e sa n c o m o d e ! ” ^

P «d e calcular co

5 ' 1 8 ‘2’ págína ó95i rSf  Q.5 y/a ¿ = 0.5 V 22 5 = 7.5 kg/cm2

a ^

V ^

+

+ ^

^

CQS^

0■+/*)

(5.17)

h ' > Q i ± J ) th 7 * 2 (r + t) v

t í = Í 2-X 250 + 50)( 50)f4000H n nn?¿n (2)(25Q + 50)(7.5) = 58 cm S ° SSr! n n S' aUnqU,e SeST S’ SCn PeqU£ñ0S Pam su u^ c i 6n prácÍ iv t, P° ! ?Ue ^ proñmdidad « r 1.5 veces el espesor del 20 a. EntoncesC ^ YeIansu!o vertJca] <3uese tomedebeser/3 = 15 a

(5.18)

(5.19)

a = 1.5(50) = 75 cm

en donde

L>' = EsoesorW^!

Í =

aS

^

eI.tíro' en centímetros.. ‘ ' 0 í ! tfr 0' - c e „ t t e etr os .

S

5.5.5

Ì S

ADEMES DE CONCRETO

da W et0 ^ ! ^ _

_

iX i “L

p° r !° »‘ “*‘ tfe «íe/7a

Cemento Arena {de 0 a 7 mm) -Roca quebrada (d e 7 a 2 5 m m ) Agua Ver referencia 73.

que la presión debe ser de 10 rnn/-n’ ¡ pa ra m uc ho s co nc ep to s de dis eñ o ’ “ baS t2n te ac sP tab Ie En ei ejemplo de las figuras 5 n v « i ¿ i de J '° de ancho. El espeior del en ° Sal° nes SOn c e nt ím e tr o s. S e s u po n e u na f a ri -a d e f L ■> ! f rf o rz nd o es de 30 ^ factor de seguridad de I 5 u a r a l Í ^ T ^ * 2,30 0 k=/cni2 con pr ep ar a s eg ún la resistencia d e !m f ? aCero' H Concret° se c on u n f ac to r d e C í “ d d V T 28ib s ^ 60 ^ mo s y se encuentran los espacianaento ? d T l0 S m o me n£ os “ í * radica n en la figura 5 ¡4 £ n ci _ * ias TanBas los cuales se vanlias con diámetros de 8 y 16 miiím Rí° n ss (secciones b; c \ las tím e tros: en los túne les “ “ “ 1° cen ias varillas de 20 y 1o m S /m S o 1 d f " y e)> Se CaJcuian 30 centím etros. El techo se ancla -n ,°°n esí)aciamientos de medio de pernos de anclaje como 4 m ^ ^ r° Ca princíPal po r S c onc reto que se d b e T ^ “ ia fiS ^ 5 . 1 4 / v / do en ¡a superficie a través de m ! ° u b  ^ ® plam a de ■»«<*>m en o res de 25 m ¡it a et ro s con ^ ™ se « ® P o n e d e agre gados compacrabíildad de 0 S5 y rebelón P raon3J™ento de 300 kg/m3, tidades de m aterial p o r j n e t ^ ^ L^ n mmcral se expresan en la tabla 5.8 [73 * APENDICE 5.1

PR INr íp,i r n o r m a s b r i t á n i c a s

A. Cemento

,s - ,i; ”” S " 3 " : s - : r

a 75 tan 0 ~ tan 20a “ 200 cn} Diseño de techos artificiales

El diseno de las varillas de acero para el concreto reforzado forma P ^ del tiaoajo detallado de ingenie ría civil. La referencia 81 descri be un pr oy ec to sem eja nte qu e se de be ut ili za re n un a m in ad a li c it o . En e ejemp lo d aao en las figuras 5. i 3 y 5.! 4, ia presión prom edio se uL -u.a u;>4i,do ia íonn ula ae ierzag hL ecuación (1.34). Se encuen tra

* - A l tu r a d e l i n de n t ad o e n ^ „ ™ 4 T “ k“ *0’ M C e nt im e tr « . ^ = d en sid ad dei c o n e r e t e ^ y í ^ , ••c ra de. ;; C j r _ . ’ * g r a m o s P o r c e n ti m e tr o cu a-

Varillas de acero

(5.20)

PRINCIPALES NORMAS BRITÁNICAS

23 5

146: 1958 Cemento Portland de altos hornos (versión mé trica, 1973). 1370: 1958 Cemento Portland de bajo calor de fraguado (versión métrica, 1974). 4246 : 1968 Ceme nto Portland de altos hornos de bajo calor de fraguado (versión métrica, 1974). 4248: 1974 Cemento Supersulíatado. 915: 1947 Cemento con alto contenido de alúmina (versión métrica, 1972). 1014: 1961 Pigmentos para el cemento, óxicloruro de mag nesio y concreto. Agregados S. 88

1201

1965 Agregados de fuentes naturales para el con creto (incluyendo el granoiííico). 812 1967 Métodos para ei muestreo y la prueba de los agregados, arenas y agregados de 1/4 de pul gada y menores. Agregados livianos hechos espuma y expan 877: 1967 didos, para ei concreto, que se obtienen de escorias de alto horno (versión métrica. 1973). 1G47: 1952 Agregado grueso para el concreto a base de escorias de altos hornos enfriadas con aire (versión métrica. 1974), 1 165 : 196 6 Agregado de escoria de hulla o de cemento (clinker) para ei concreto. . 410: 1969 Cribas para pruebas. 3797: 1964 Agregados de peso ligero para concreto. 3681: 1963 Métodos para ei muestreo y prueba de agregados de peso ligero para ei concreto (versión métrica, 1973).

C. Concreto B. S. 1881: la. parte: 1970 Métodos de muestreo para el concreto fresco. 1881: 2a. par te: 1970 Métodos de prueb a para el concre to fresco.

ADEMES DE CONCRETO

da W et0 ^ ! ^ _

_

146: 1958 Cemento Portland de altos hornos (versión mé trica, 1973). 1370: 1958 Cemento Portland de bajo calor de fraguado (versión métrica, 1974). 4246 : 1968 Ceme nto Portland de altos hornos de bajo calor de fraguado (versión métrica, 1974). 4248: 1974 Cemento Supersulíatado. 915: 1947 Cemento con alto contenido de alúmina (versión métrica, 1972). 1014: 1961 Pigmentos para el cemento, óxicloruro de mag nesio y concreto.

p° r !° »‘ “*‘ tfe «íe/7a

iX i “L

Varillas de acero

Cemento Arena {de 0 a 7 mm) -Roca quebrada (d e 7 a 2 5 m m ) Agua Ver referencia 73.

que la presión debe ser de 10 rnn/-n’ ¡ pa ra m uc ho s co nc ep to s de dis eñ o ’ “ baS t2n te ac sP tab Ie En ei ejemplo de las figuras 5 n v « i ¿ i de J '° de ancho. El espeior del en ° Sal° nes SOn c e nt ím e tr o s. S e s u po n e u na f a ri -a d e f L ■> ! f rf o rz nd o es de 30 ^ factor de seguridad de I 5 u a r a l Í ^ T ^ * 2,30 0 k=/cni2 con pr ep ar a s eg ún la resistencia d e !m f ? aCero' H Concret° se c on u n f ac to r d e C í “ d d V T 28ib s ^ 60 ^ mo s y se encuentran los espacianaento ? d T l0 S m o me n£ os “ í * radica n en la figura 5 ¡4 £ n ci _ * ias TanBas los cuales se vanlias con diámetros de 8 y 16 miiím Rí° n ss (secciones b; c \ las tím e tros: en los túne les “ “ “ 1° cen ias varillas de 20 y 1o m S /m S o 1 d f " y e)> Se CaJcuian 30 centím etros. El techo se ancla -n ,°°n esí)aciamientos de medio de pernos de anclaje como 4 m ^ ^ r° Ca princíPal po r S c onc reto que se d b e T ^ “ ia fiS ^ 5 . 1 4 / v / do en ¡a superficie a través de m ! ° u b  ^ ® plam a de ■»«<*>m en o res de 25 m ¡it a et ro s con ^ ™ se « ® P o n e d e agre gados compacrabíildad de 0 S5 y rebelón P raon3J™ento de 300 kg/m3, tidades de m aterial p o r j n e t ^ ^ L^ n mmcral se expresan en la tabla 5.8 [73 * APENDICE 5.1

Agregados S. 88

PR INr íp,i r n o r m a s b r i t á n i c a s

23 5

PRINCIPALES NORMAS BRITÁNICAS

1201

1965 Agregados de fuentes naturales para el con creto (incluyendo el granoiííico). 812 1967 Métodos para ei muestreo y la prueba de los agregados, arenas y agregados de 1/4 de pul gada y menores. Agregados livianos hechos espuma y expan 877: 1967 didos, para ei concreto, que se obtienen de escorias de alto horno (versión métrica. 1973). 1G47: 1952 Agregado grueso para el concreto a base de escorias de altos hornos enfriadas con aire (versión métrica. 1974), 1 165 : 196 6 Agregado de escoria de hulla o de cemento (clinker) para ei concreto. . 410: 1969 Cribas para pruebas. 3797: 1964 Agregados de peso ligero para concreto. 3681: 1963 Métodos para ei muestreo y prueba de agregados de peso ligero para ei concreto (versión métrica, 1973).

C. Concreto

A. Cemento

B. S. 1881: la. parte: 1970 Métodos de muestreo para el concreto fresco. 1881: 2a. par te: 1970 Métodos de prueb a para el concre to fresco.

,s - ,i; ”” S " 3 " : s - : r

236

•

ADEMES de concreto 7

88 2 : ■

3970 ^ ^ o s de preparación y prueba de

188]; 4a. Darte 1970 M> !

188I

/

“ esPecím™eS.

i“oe; : s . p a r a p r o ta b ^

C 186 73

“

parte: 1970

ti

endurecido otras propiedades de que 9 3 8 S I ; S a n a r t e - 1 9 7, f ?“ n , a ^ í s t e n c i a . 4408. la p arte 9® í f ? ^ « d e c i d o . i 9 © Aparatos de medición con cubierta 440 8 2a. parte. l g6g ^ ° ^ é ü a . 69 Med” °res de la deformación para in 440 8: 3a. parte. j 970 T I * " * ? « '* > ■ c oncreto. M concreto. 440 8 : 4a. parte: 1971 m Z T ‘? 4408 ; 5a. parte: 1974 Me dic ión d T ^ d f eZ aen ia su P ^ c i e . medición de la velocidad de las ouT« ^ 6 - I96> C o n T ^ " 3ÓnÍCaS “ ^ ‘conc™ a 1 30 5 Q7 l £ ° n cr eí o M e z c l a d o . 1974 MfZCÍad™ * concreto de entren intermiten te. 2

as revolvedoras de concreto del tipo 368- 107! ? enCresamfe^nintente. 202 8,13 64- ¡969 Rl°Sa5 de COncreto P io la d o .

■

3 1 « : i 9y59 p4uebas d? a
APEND ICE 5.2 LISTA SF TF rT* r-> S OB RE SA LI EN TE S D E L A A S l I r * ^

N0RMAS

’

A. Cemento

_

ciad os. dd mbrbfdaS e ? r f Ura ^

LISTA SELECTA DE LAS NORMAS SOBRESALIENTES DE LA ASTM

PortiMdce me nto s hidr áulic os mez

Portl^ d P*r medio ’

C lSI-74a

237

Prueb a para eí calor de hidratación del cemento hidráu lico. Prueb a para la expansión de autoclave del cemento rortland. •

B. Aditivos C 618-73

C 494-71 C 441-69-

Especific aciones para las cenizas finas y para las puzolanas en bruto o calcinad'asparasuu tilización en el con creto con cemento Poríland. Espec ificacion es para los aditivos quím icos que se usan en el concreto. Pru eba para ía efectivid ad de los aditivos minerales que pr ev ien en la ex pa ns ión exc esiv a deí co nc re to deb ido a

r nrn n'i

S reacción de ios agregados que contienen sales soiubies.

Í,üü' /J

especificaciones para aditivos que arrastran aire para el concreto.

C. Agregados C 294-69

Nom enclatura descriptiva de los componentes en los agregados minerales y naturales. r 'n n 'Io ^sPeciflcaaones para los agregados del concreto. -5JÜ-Ó9 Especifica ciones para los agregados livianos en el con creto estructural. c 331-6 9 Especifica ciones para los agregados livianos en Tas unir dades de man ipostería para el-concreto ^ 3, ,- 6 6 Especificaciones (19 7!) para los agregados livianos en el conc reto aislante. C 117-69 Prueba para los materiales más finos que ios que pasan la malla 200 (75-Mm) en los agregados m m en te por medio de lavado. v Prue ba para la humed ad de ía superficie en los agrega- ' c 70-73 dos finos. ^ e C 40- /3 Prueoa para las impurez as orgánicas en las arenas aue se utilizan en el concreto. C 123-69 Prueba para las porciones ligeras que forman parte del agregado. C 88 7 j û eb a para la solidez ds ios agregados cor eí uso del subato de soaio o sulfato de magnesio.

236

•

ADEMES de concreto 7

88 2 :

3970 ^ ^ o s de preparación y prueba de

188]; 4a. Darte 1970 M> !

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endurecido otras propiedades de que ?“ n , a ^ í s t e n c i a . 9 9® í f ? ^ « d e c i d o . i 9 © Aparatos de medición con cubierta

3 8 S I ; S a n a r t e - 1 9 7, f

4408. la p arte

440 8 2a. parte. l g6g ^ ° ^ é ü a . 69 Med” °res de la deformación para in 440 8: 3a. parte. j 970 T I * " * ? « '* > ■ c oncreto. M concreto. 440 8 : 4a. parte: 1971 m Z T ‘? 4408 ; 5a. parte: 1974 Me dic ión d T ^ d f eZ aen ia su P ^ c i e . medición de la velocidad de las ouT« ^ 6 - I96> C o n T ^ " 3ÓnÍCaS “ ^ ‘conc™ a 1 30 5 Q7 l £ ° n cr eí o M e z c l a d o . 1974 MfZCÍad™ * concreto de entren intermiten te. 2

as revolvedoras de concreto del tipo 368- 107! ? enCresamfe^nintente. 202 8,13 64- ¡969 Rl°Sa5 de COncreto P io la d o .

■

3 1 « : i 9y59 p4uebas d? a
APEND ICE 5.2 LISTA SF TF rT* r-> S OB RE SA LI EN TE S D E L A A S l I r * ^

N0RMAS

’

A. Cemento

_

PortiMdce me nto s hidr áulic os mez

ciad os. dd mbrbfdaS e ? r f Ura ^

LISTA SELECTA DE LAS NORMAS SOBRESALIENTES DE LA ASTM

Portl^ d P*r medio ’

237

Prueb a para eí calor de hidratación del cemento hidráu lico. Prueb a para la expansión de autoclave del cemento rortland. •

C lSI-74a B. Aditivos C 618-73

C 494-71 C 441-69-

Especific aciones para las cenizas finas y para las puzolanas en bruto o calcinad'asparasuu tilización en el con creto con cemento Poríland. Espec ificacion es para los aditivos quím icos que se usan en el concreto. Pru eba para ía efectivid ad de los aditivos minerales que pr ev ien en la ex pa ns ión exc esiv a deí co nc re to deb ido a

r nrn n'i

S reacción de ios agregados que contienen sales soiubies.

Í,üü' /J

especificaciones para aditivos que arrastran aire para el concreto.

C. Agregados C 294-69

Nom enclatura descriptiva de los componentes en los agregados minerales y naturales. r 'n n 'Io ^sPeciflcaaones para los agregados del concreto. -5JÜ-Ó9 Especifica ciones para los agregados livianos en el con creto estructural. c 331-6 9 Especifica ciones para los agregados livianos en Tas unir dades de man ipostería para el-concreto ^ 3, ,- 6 6 Especificaciones (19 7!) para los agregados livianos en el conc reto aislante. C 117-69 Prueba para los materiales más finos que ios que pasan la malla 200 (75-Mm) en los agregados m m en te por medio de lavado. v Prue ba para la humed ad de ía superficie en los agrega- ' c 70-73 dos finos. ^ e C 40- /3 Prueoa para las impurez as orgánicas en las arenas aue se utilizan en el concreto. C 123-69 Prueba para las porciones ligeras que forman parte del agregado. C 88 7 j û eb a para la solidez ds ios agregados cor eí uso del subato de soaio o sulfato de magnesio.

''2|S ADEMES OE CONCRETO

C 13169

C 28911 C 227-71

C 58.6-69

C 63873

Prueba para la reactividad potencial a los álcalis de las rocas carbonatadas que se usan como agregados del' concreto (método del cilindro de roca). N om en c. am ra de scr ipt iva de los co m po ne nt es de los d ia ci ón ° S ^

C 637-73 E

Prueba para la resistencia a la abrasión o desgaste de 1
&1 C° Í lC re í° ^

C 143-71 C 360-63 C 403-70 ■ C 232-71 C 138-74 C 173-73a C 231-73 C 470-73T

C C C C C

C C C

■D. Con cr eto C 124-71

C

Prueba para_el flujo del concreto con cemento Portland tilizando 1a tabla de flujo (descontinuada en 1974) ’

C

P^ da nd 1^

C C

Si rCVenímÍenr0 de! cüncret0 co* cemento

Frueba (I96a) para la penetración por medio de ia boía en concrcio fresco con cemento Portland co'nrrptpara * de fra =uado ds mezclas de concreto por medio de la resistencia a la penetración Pûebi ^ 3SUa (san2™d<» dei concreto, r.ueba para el peso unitario, rendimiento y contenido ae aire (gravmiétrico) del concreto. Prueba para el contenido de aire en el concreto de mez cla reciente por medio del método volumétrico - rueba para el contenido de aire en el concreto de mez _ re cJ_en ta Po r m ed io de l m ét od o de pr es ió n ,para mo[des forma de cilindros que las c í b!" Pf E3S, Prr ebaS dd eto colocado en ' con- re^'o C:3lndros pru eba s vertica les del

23 9

Especímenes de prueba del concreto que se lia prepara do y fraguado en el laboratorio. Prueba pa ra la resistencia a la compresión en los especí 39-72 menes cilindricos de concreto. 617-73 . Especímenes cilindricos de concreto con cubierta. Prueba (1972 ) p ara la resistencia a la flexión del concre 78-64 to (se utiliza una viga simple con cargas en tres puntos). 496-71 Prueba pa ra la resistencia a la tensión por fracturamiento en los especímenes cilindricos de concreto. Obtención y prueba (1974) de los núcleos que se per 42-68 foran y de las vigas de concreto cortadas con sierra. Prueba (1970) para las frecuencias fundamentales tan 215-60 to transversales, longitudinales y torsionales de los es pe cí m en es de co nc re to. Prueba (1974) para la resistencia a la abrasión o al des 418-68 gaste del concreto. Prueba (1973) para e! contenido de cemento de! ce 85-66 mento Portland endurecido. Práctica, reciente para la determinación microscópica 457-71 del contenido de huecos con aire y parámetros del sis tema de hue cos llenos de aire en el concreto endurecido. Prueba para la resistencia del concreto en el congela 666-73 miento y descongelamiento rápido. Especificaciones para el concreto premezclado. 94-74 Prueba para, la retenc ión de agua por medio de materia 156-74 les que se utilizan para el fraguado del concreto.

C 192-69

P r ° t £g e ° 0 nt ra l a r a'

Especificadones para los agregados del concreto que se pr ote ge co n üa la rad iac ión . Especificaciones para mallas o cribas de tela metálica que se utilizan c on fines de prueba.

11-70

l i s t a s e l e c t a d e l a s n o r m a s s o b r e s a l i e n t e s d e la a s t m

''2|S ADEMES OE CONCRETO

C 13169

C 28911 C 227-71

C 58.6-69

C 63873

Prueba para la reactividad potencial a los álcalis de las rocas carbonatadas que se usan como agregados del' concreto (método del cilindro de roca). N om en c. am ra de scr ipt iva de los co m po ne nt es de los d ia ci ón ° S ^

C 637-73 E

Prueba para la resistencia a la abrasión o desgaste de 1
&1 C° Í lC re í° ^

C 143-71 C 360-63 C 403-70 ■ C 232-71 C 138-74 C 173-73a C 231-73 C 470-73T

C C C C C

C C C

■D. Con cr eto C 124-71

C

Prueba para_el flujo del concreto con cemento Portland tilizando 1a tabla de flujo (descontinuada en 1974) ’

C

P^ da nd 1^

C C

Si rCVenímÍenr0 de! cüncret0 co* cemento

Frueba (I96a) para la penetración por medio de ia boía en concrcio fresco con cemento Portland

23 9

Especímenes de prueba del concreto que se lia prepara do y fraguado en el laboratorio. Prueba pa ra la resistencia a la compresión en los especí 39-72 menes cilindricos de concreto. 617-73 . Especímenes cilindricos de concreto con cubierta. Prueba (1972 ) p ara la resistencia a la flexión del concre 78-64 to (se utiliza una viga simple con cargas en tres puntos). 496-71 Prueba pa ra la resistencia a la tensión por fracturamiento en los especímenes cilindricos de concreto. Obtención y prueba (1974) de los núcleos que se per 42-68 foran y de las vigas de concreto cortadas con sierra. Prueba (1970) para las frecuencias fundamentales tan 215-60 to transversales, longitudinales y torsionales de los es pe cí m en es de co nc re to. Prueba (1974) para la resistencia a la abrasión o al des 418-68 gaste del concreto. Prueba (1973) para e! contenido de cemento de! ce 85-66 mento Portland endurecido. Práctica, reciente para la determinación microscópica 457-71 del contenido de huecos con aire y parámetros del sis tema de hue cos llenos de aire en el concreto endurecido. Prueba para la resistencia del concreto en el congela 666-73 miento y descongelamiento rápido. Especificaciones para el concreto premezclado. 94-74 Prueba para, la retenc ión de agua por medio de materia 156-74 les que se utilizan para el fraguado del concreto.

C 192-69

P r ° t £g e ° 0 nt ra l a r a'

Especificadones para los agregados del concreto que se pr ote ge co n üa la rad iac ión . Especificaciones para mallas o cribas de tela metálica que se utilizan c on fines de prueba.

11-70

l i s t a s e l e c t a d e l a s n o r m a s s o b r e s a l i e n t e s d e la a s t m

co'nrrptpara * de fra =uado ds mezclas de concreto por medio de la resistencia a la penetración Pûebi ^ 3SUa (san2™d<» dei concreto, r.ueba para el peso unitario, rendimiento y contenido ae aire (gravmiétrico) del concreto. Prueba para el contenido de aire en el concreto de mez cla reciente por medio del método volumétrico - rueba para el contenido de aire en el concreto de mez _ re cJ_en ta Po r m ed io de l m ét od o de pr es ió n ,para mo[des forma de cilindros que las c í b!" Pf E3S, Prr ebaS dd eto colocado en ' con- re^'o C:3lndros pru eba s vertica les del

CAPÍTULO 6

6.1

IMPORTAN CIA DEL RELLENO

' El termino “relleno” incluye todos los pasos que se dan páni “relle nar^ las excavaciones hechas para'la extracción de man tos en los de pó sit os min era les . Es un a pa rt e del sist em a d e ade me . Si ei re lle no se coloca inmediatamente después de que se han hecho las excavacio ne s se disminuye el movimiento de los estratos y, además ayuda enormemente al control deí techo y del terreno. El sistema de “salones y pilares” para la explosión de minas con un tamaño adecuado de ios últimos, es bastante efectivo para el con tro de la superficie. Sin embargo, en minas más profundas, ei tamaño de los pilares se incre men ta y disminuye ei porcentaje de extracción de los minerales. Adem ás, los pilares pueden causar dificultades al dete riorarse, agrietarse, incendiarse, etc. _ Los “s iste ma s de hu n di m ie nt o” , esp ec ialm ent e co n ad em es mec a nizado» ( caminantes”), son muy rápidos y económicos por lo que generan una producción alta; pero ei material producido ocasiona muchos gastos para po der co mp ensarlo s daños en la suoerficie Ade mas, es posible que sea riesgoso utilizar este sistema en Tusares donde existan lagos, mares, ríos e instalaciones superficiales aue, al alterar se, poarian causar inundaciones en la mina y un gasto extra para sa car el agua por medio d e bom beo. Existen mantos con estratos fuertes en ei techo que dmculTan ei hundimiento. En taies casos, ei hundimien to se lleva a cabo po r medio de “sobrepeso” , causando daños a los de mentes estructurales deí ademe.

CAPÍTULO 6

6.1

IMPORTAN CIA DEL RELLENO

' El termino “relleno” incluye todos los pasos que se dan páni “relle nar^ las excavaciones hechas para'la extracción de man tos en los de pó sit os min era les . Es un a pa rt e del sist em a d e ade me . Si ei re lle no se coloca inmediatamente después de que se han hecho las excavacio ne s se disminuye el movimiento de los estratos y, además ayuda enormemente al control deí techo y del terreno. El sistema de “salones y pilares” para la explosión de minas con un tamaño adecuado de ios últimos, es bastante efectivo para el con tro de la superficie. Sin embargo, en minas más profundas, ei tamaño de los pilares se incre men ta y disminuye ei porcentaje de extracción de los minerales. Adem ás, los pilares pueden causar dificultades al dete riorarse, agrietarse, incendiarse, etc. _ Los “s iste ma s de hu n di m ie nt o” , esp ec ialm ent e co n ad em es mec a nizado» ( caminantes”), son muy rápidos y económicos por lo que generan una producción alta; pero ei material producido ocasiona muchos gastos para po der co mp ensarlo s daños en la suoerficie Ade mas, es posible que sea riesgoso utilizar este sistema en Tusares donde existan lagos, mares, ríos e instalaciones superficiales aue, al alterar se, poarian causar inundaciones en la mina y un gasto extra para sa car el agua por medio d e bom beo. Existen mantos con estratos fuertes en ei techo que dmculTan ei hundimiento. En taies casos, ei hundimien to se lleva a cabo po r medio de “sobrepeso” , causando daños a los de mentes estructurales deí ademe.

24¿V

relleno

Las ventajas de Jos sistemas de relleno consisten en que reducen ai mínimo las alteraciones o hundimientos de la superfìcie. Dado que un area se rellena” tan pronto como se hace una excavación el te cho principal no se pandea ni causa un sobrepeso excesivo. A este respecto, eí control de estratos se logra con más facilidad y er h form a mas efectiva. * -

6 -1.1

IMPORTANCIA DEL RELLENO

243

Se puede ver que la cantidad de material de relieno para una mina de carbones igual a la producció n diaria. Es una tarea difícil preparar cantidad tan grande y acarrearla al lugar de la producción utilizando instalaciones de transpone sobre rampas “pendiente arriba”, Sin emr ba rgo , en m ina s de m in er al m et ál ic o, el t rab ajo es m ás fácil de loex ar debido a la pequeña p rodu cción diaria y a una relación pequeña (0.4).

Cantidad de material para el relleno 6. 1.2 ?“ *

IL - p

7' ~ y K

'

(6.1)

en donde P ~ Peso dei material extraído, en toneladas. - Peso de los materiales que se van a u tilizar para el relleno en toneladas. ’ 7 = Densidad de ia mena o del carbón , en toneladas por metro cubico. 7

= Densidad de los materiales para el relleno, en toneladas én tre metro cuoico. K ~ Fac tor del relleno (0.3 a 0.95 ) según los sistemas de relleno. Si se aplica esta ecuación a los depósitos de c arbón y a ios de mi nerales metálicos, en donde 7. es 1.3 y 3.0 ton/m ^, re s^ c t^ m L.pro.\imadamenre la misma para ambos casos, y se puede ^ m a cóm e i .6 ton/m . H factor K para relleno neumático en las minasd ca rtón es alrededor da 0.8, y en las mi„ as de minerales m etí lic « e de 0.7. Entonces, el peso del material para ei relleno es: P' = J  £ ? y = h T X.Q .8 X P = P ' O' ~ L 6 3 .0 ^ ' ■? X f s 0 . 4 P

Fuen tes de materiales para el relleno

* P8S° * *

(carbón} (mineral metálico)

Como la ca ntidad de materia l para el relleno es voluminosa, se utilizan todas las fuentes disponibles para obtener esta gran cantidad. Estas fuentes se resumen en las secciones siguientes. Pie dra de des ec ho par a rel len o. La parte del techo que cae es un ma terial adecuado que se puede utilizar co n ia mínima distancia de trans po rte . Es ta p ar te se ut ili za co m o ma ter ial “de re lle no ” pa ra las c uña s que se dejan para fortificar las entradas. La piedra que se obtiene de la cámara llena de desechos se empaca dentro de las cuñas y en el es pa cio en tre lo s calces . Anterion nente, el “relleno de franjas o tiras” se usaba para fortifi car el techo cuando la fuente avanzaba y se utilizaba la piedra de de secho para relleno. Sin embargo, esta fuente es muy escasa y no es confiable. En las minas de m ineral metálico, se perforan chiflones pe queños de 40° de inclinación para obtener el material para relleno en el rebaje. De se ch os e n ¡as e ntrad as. El dese cha de las entradas en los man tos del gados produce piedra que se puede utilizar con facilidad en los lados del relleno (tupido lateral) para la entrada. Una trituradora pequeña y una máquina neumática pueden hacer el trabajo con mucha efecti vidad. Obras de desarrollo en la mina. La piedra que se obtiene de las obras que se desarrollan, como los tiros principales, cruceros o galerías trans versales y otras galerías de extracción y ventilación es una buena fuente para aoastecer h asta un 25% dei m aterial de relleno. Esta pie dra se debe triturar hasta un tam año de 30 mm para que se utilice como material de relleno. Las trituradoras se pueden instalar en cada nivel pa ra v a no te ne r qu e s ub ir ei m at er ia l o se pue de inst ala r un a p lan ta cen tral de trituración en la superficie para que sirva a toda la mina.

24¿V

relleno

Las ventajas de Jos sistemas de relleno consisten en que reducen ai mínimo las alteraciones o hundimientos de la superfìcie. Dado que un area se rellena” tan pronto como se hace una excavación el te cho principal no se pandea ni causa un sobrepeso excesivo. A este respecto, eí control de estratos se logra con más facilidad y er h form a mas efectiva. * -

IMPORTANCIA DEL RELLENO

243

Se puede ver que la cantidad de material de relieno para una mina de carbones igual a la producció n diaria. Es una tarea difícil preparar cantidad tan grande y acarrearla al lugar de la producción utilizando instalaciones de transpone sobre rampas “pendiente arriba”, Sin emr ba rgo , en m ina s de m in er al m et ál ic o, el t rab ajo es m ás fácil de loex ar debido a la pequeña p rodu cción diaria y a una relación pequeña (0.4).

Cantidad de material para el relleno

6 -1.1

6. 1.2 ?“ *

IL - p

7' ~ y K

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(6.1)

en donde P ~ Peso dei material extraído, en toneladas. - Peso de los materiales que se van a u tilizar para el relleno en toneladas. ’ 7 = Densidad de ia mena o del carbón , en toneladas por metro cubico. 7

= Densidad de los materiales para el relleno, en toneladas én tre metro cuoico. K ~ Fac tor del relleno (0.3 a 0.95 ) según los sistemas de relleno. Si se aplica esta ecuación a los depósitos de c arbón y a ios de mi nerales metálicos, en donde 7. es 1.3 y 3.0 ton/m ^, re s^ c t^ m L.pro.\imadamenre la misma para ambos casos, y se puede ^ m a cóm e i .6 ton/m . H factor K para relleno neumático en las minasd ca rtón es alrededor da 0.8, y en las mi„ as de minerales m etí lic « e de 0.7. Entonces, el peso del material para ei relleno es:

(carbón}

O' ~ L 6 3 .0 ^ ' ■? X f s 0 . 4 P

Como la ca ntidad de materia l para el relleno es voluminosa, se utilizan todas las fuentes disponibles para obtener esta gran cantidad. Estas fuentes se resumen en las secciones siguientes. Pie dra de des ec ho par a rel len o. La parte del techo que cae es un ma terial adecuado que se puede utilizar co n ia mínima distancia de trans po rte . Es ta p ar te se ut ili za co m o ma ter ial “de re lle no ” pa ra las c uña s que se dejan para fortificar las entradas. La piedra que se obtiene de la cámara llena de desechos se empaca dentro de las cuñas y en el es pa cio en tre lo s calces . Anterion nente, el “relleno de franjas o tiras” se usaba para fortifi car el techo cuando la fuente avanzaba y se utilizaba la piedra de de secho para relleno. Sin embargo, esta fuente es muy escasa y no es confiable. En las minas de m ineral metálico, se perforan chiflones pe queños de 40° de inclinación para obtener el material para relleno en el rebaje. De se ch os e n ¡as e ntrad as. El dese cha de las entradas en los man tos del gados produce piedra que se puede utilizar con facilidad en los lados del relleno (tupido lateral) para la entrada. Una trituradora pequeña y una máquina neumática pueden hacer el trabajo con mucha efecti vidad. Obras de desarrollo en la mina. La piedra que se obtiene de las obras que se desarrollan, como los tiros principales, cruceros o galerías trans versales y otras galerías de extracción y ventilación es una buena fuente para aoastecer h asta un 25% dei m aterial de relleno. Esta pie dra se debe triturar hasta un tam año de 30 mm para que se utilice como material de relleno. Las trituradoras se pueden instalar en cada nivel pa ra v a no te ne r qu e s ub ir ei m at er ia l o se pue de inst ala r un a p lan ta cen tral de trituración en la superficie para que sirva a toda la mina.

P' = J  £ ? y = h T X.Q .8 X P = P '

Fuen tes de materiales para el relleno

* P8S° * *

(mineral metálico)

24 4 relleno;

IMPORiANCiA DEL RELLENO

245 A r c o d e p r s s íó n

V calidad. Todos los d e s e lc s s e otros materiales. En e] r e ll en o h ' d * o. i m m puede n o

r ^ re spec t0 3 ^ t i d a d U| r ej 3 c c™ & n ac ió n c on h : m a ce ra es ™ s *

Arco da presión

d" ios de tde a o n y cribado, se separen en tam-.fi-, ? ’ me dlante Ja trituratamJno mas êcuados Pffl el relleno

^

r

r

a^

t

B 'anteriores n° s° n

se obtenga se utilizará de & glomerad os es lo más conven,Vnt* rios son también muy buenas fu-nteT rf tí material disponible no tiene pequeñas

*

° P^ a- * Ia P^dra que Una formación de conreiien° ' Lqs lechos de * * * ”“ ’ * '*'

6i .3 Venta jas del relleno 1

x

« » st

s

^

r

to s wd e í,in a s c u y a p™ dfc-

al cambiar el declive a 4 ^ { f ' " P „ c° n relleno por graradad . C 2. En los sistemas de rellen o ->i

s

s

s

^

^

^

<

s

tr¡ extrae rco n facilidad * * ™

'

6. Se elm ma n las pilas de desechos y sus peligros por deslizamien to Y contaminación. Se evita ¡a destrucción del paisaje, y se ayuda L b k n tó C°n

p

s

s

s

s

:

■ s e re d uc e n al m í r i m n j™ ^ f *e fracíura ei techo; que provocan. * rrUmbes deí tecô y los accidentes 4’ =ton« las extrae: canales o . ^ S ^ ™ 5' 5. Los ma ntos con techo u l í !S 3 SÍStSmaS de re“ ™° p o r me di o de los sist em as d ' r i k T ^ T ''aciiidad excesivo. rvüeno’ ai An ima r ei sobrepeso

S reSlami:ntos sobre la conservación del medio

6,1.4

Desventajas del relleno

1. La máxima desventaja del relleno es el incremento en costos que ocasiona. Este puede ser doble en las frentes, pero disiTunuye al toma r en consid erac ión ¡os otros gastos especialmente, e^ de manejo de los desechos. Esto “se ana’l i " 2. Se requiere lajnversión de grandes capitales. Se tiene que instalar una gran planta y tuberías en la mina para el relleno hidráuli co. Aunque el gasto es menor en el reíleno neumático, se nece s iu una gran capac idad de generación de aire comprimido.

24 4 relleno;

IMPORiANCiA DEL RELLENO

245 A r c o d e p r s s íó n

V calidad. Todos los d e s e lc s s e otros materiales. En e] r e ll en o h ' d * o. i m m puede n o

r ^ re spec t0 3 ^ t i d a d U| r ej 3 c c™ & n ac ió n c on h : m a ce ra es ™ s *

Arco da presión

d" ios de tde a o n y cribado, se separen en tam-.fi-, ? ’ me dlante Ja trituratamJno mas êcuados Pffl el relleno

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B 'anteriores n° s° n

se obtenga se utilizará de & glomerad os es lo más conven,Vnt* rios son también muy buenas fu-nteT rf tí material disponible no tiene pequeñas

*

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6i .3 Venta jas del relleno 1

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6. Se elm ma n las pilas de desechos y sus peligros por deslizamien to Y contaminación. Se evita ¡a destrucción del paisaje, y se ayuda L b k n tó C°n

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S reSlami:ntos sobre la conservación del medio

6,1.4

■ s e re d uc e n al m í r i m n j™ ^ f *e fracíura ei techo; que provocan. * rrUmbes deí tecô y los accidentes

Desventajas del relleno

1. La máxima desventaja del relleno es el incremento en costos que ocasiona. Este puede ser doble en las frentes, pero disiTunuye al toma r en consid erac ión ¡os otros gastos especialmente, e^ de manejo de los desechos. Esto “se ana’l i "

4’ =ton« las extrae: canales o . ^ S ^ ™ 5' 5. Los ma ntos con techo u l í !S 3 SÍStSmaS de re“ ™° p o r me di o de los sist em as d ' r i k T ^ T ''aciiidad excesivo. rvüeno’ ai An ima r ei sobrepeso

2. Se requiere lajnversión de grandes capitales. Se tiene que instalar una gran planta y tuberías en la mina para el relleno hidráuli co. Aunque el gasto es menor en el reíleno neumático, se nece s iu una gran capac idad de generación de aire comprimido.

245 relleno

APLICACIÓN D£ LOS SISTEMAS D£ RELLENO

6,2

24 7

APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RELLENO

Los usos del relleno se diferencian según la fuente de energía que se req uiera para instala r el-ma terial, y se clasifican de .acuerdo con esas fuentes. 6.2.1

GriQtas da¡ techo

entrada fracturada

Cuando la mecanización no estaba tan avanzada y los costos de mano de obra eran pequeños, se utilizaba el relleno a mano. El “relleno de franja o tira" se esquematiza en la figura 6.2a y b. Los trabajadores construyen muros en seco, y conforme el relleno avanza, arrojan rocas pequeñas con la pala detrás de los muros. El material se obtiene de desechos producidos por el hundimiento par cial del techo inmediato. Si los materiales no son suficientes, se agre gan materiales del techo dinamitado. El efecto de la calidad del relleno se indica en la figura ó.2e . En un relleno inadecuado, la pre sión elevada en los arcos de las entradas ocasiona deformaciones. El relleno bueno disminuye tales deformaciones, como se muestra en la figura. • En las minas metalicas, los accesos que se hacen desde la entrada pr inc ipa l del pa ne l o cu ar tel se re lle na n co n un siste ma de ret roc eso , como se indica en la figura 6.2c. El material de relleno procede de chiflones colocados en el nivel superior o de pequeños chiflones con 40 grados de pendiente colados en la roca de abajo. 6.2.2

franja a ura

piso da la onrrada nervadu ra o del socavón castilla

Figura 5.2 Sism as d< í s í í m o a mano [2].

Relleno a mano

Relleno por gravedad

-franja o tira

Se puede utilizar la fuerza de. gravedad para colocar el material de re lleno. Este mé todo se usa en man tos cuya pendiente es mayor de 42°, ya sea diagonalmente o bajo la máxima inclinación, como se indica en la figura 6.3a y b. El material de relleno se deshace en la planta, lavadora, se mezcla roca quebrada deja mina y se coloca longitudinalmente con una in clinación de y = 42° (ángulo interno de fricción de las rocas). Las secciones transversales de las frentes se muestran en la figura 6.3c y d. Si el carbón es lo suficien teme nte estable , resulta más fácil trabajar las frentes diagonales sin “mallas de tela de alambre”. Las cuñas o calcas 4j pueden sostener el carbón de la frente (figura 6.3c). Si e! .carbón es inestable, entonces se necesita el tipo K de ademe 5) y ei ma-

245 relleno

APLICACIÓN D£ LOS SISTEMAS D£ RELLENO

6,2

24 7


Los usos del relleno se diferencian según la fuente de energía que se req uiera para instala r el-ma terial, y se clasifican de .acuerdo con esas fuentes. 6.2.1

GriQtas da¡ techo

Cuando la mecanización no estaba tan avanzada y los costos de mano de obra eran pequeños, se utilizaba el relleno a mano. El “relleno de franja o tira" se esquematiza en la figura 6.2a y b. Los trabajadores construyen muros en seco, y conforme el relleno avanza, arrojan rocas pequeñas con la pala detrás de los muros. El material se obtiene de desechos producidos por el hundimiento par cial del techo inmediato. Si los materiales no son suficientes, se agre gan materiales del techo dinamitado. El efecto de la calidad del relleno se indica en la figura ó.2e . En un relleno inadecuado, la pre sión elevada en los arcos de las entradas ocasiona deformaciones. El relleno bueno disminuye tales deformaciones, como se muestra en la figura. • En las minas metalicas, los accesos que se hacen desde la entrada pr inc ipa l del pa ne l o cu ar tel se re lle na n co n un siste ma de ret roc eso , como se indica en la figura 6.2c. El material de relleno procede de chiflones colocados en el nivel superior o de pequeños chiflones con 40 grados de pendiente colados en la roca de abajo.

entrada fracturada

6.2.2 franja a ura

piso da la onrrada nervadu ra o del socavón castilla

Relleno a mano

Relleno por gravedad

-franja o tira

Se puede utilizar la fuerza de. gravedad para colocar el material de re lleno. Este mé todo se usa en man tos cuya pendiente es mayor de 42°, ya sea diagonalmente o bajo la máxima inclinación, como se indica en la figura 6.3a y b. El material de relleno se deshace en la planta, lavadora, se mezcla roca quebrada deja mina y se coloca longitudinalmente con una in clinación de y = 42° (ángulo interno de fricción de las rocas). Las secciones transversales de las frentes se muestran en la figura 6.3c y d. Si el carbón es lo suficien teme nte estable , resulta más fácil trabajar las frentes diagonales sin “mallas de tela de alambre”. Las cuñas o calcas 4j pueden sostener el carbón de la frente (figura 6.3c). Si e! .carbón es inestable, entonces se necesita el tipo K de ademe 5) y ei ma-

Figura 5.2 Sism as d< í s í í m o a mano [2].

243 RELLENO

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APLICACIÓN OE LOS SISTEMAS D£ RELLENO

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• 249

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Relleno mecánico

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b a ja n d o ^ u n ^ v e ^ c id a d ^ e ^ ^ O ni /se ^ 0 ^ ab ajo ’ d e la fr fr en en te te . E l t ra ra ns ns po po rt rt ad ad or or d e c h o i o s T S a ¿ “ a m e n f e í m í X

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243 RELLENO

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APLICACIÓN OE LOS SISTEMAS D£ RELLENO

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: - 250

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Relleno neumático

Por tuberías y u n z a n * \T PT tZ n s e m d l7 f ldIei!0 “

AFLÍCACÍÓN DE LOS SISTEMAS D£ RSLLH'í C

251

I n j V b C K t o u s de los siste sistemas mas si á li c o s en ¡as ¡as minas minas de car bón y de mm er al m eta ljc o se ilus tra - en las figuras 6.5 y 6 6 • y las maq uinas pa ra el r elleno se mue stran e: la figura figura 6 7 Las descriDrinn*« descriDrinn*« d e t a l la d a s de de l r e l l e n o se se pu pu e d en en e n c o r é « i a s « ^ ™

Centro i ca -—.* -—.* -25-4= -■

Un sum™ «ro abundante de aire aire '  o m DZ DZ / S ° ’ lan1ÍM deb6rá deb6rá te,ier aire que que gasta gasta una máquina para el el r » £ T ’ P“eS IaS IaS cantidad“ cantidad“ de

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Figura 6.6 Relleno neumático í _ — — as -siálicas -siálicas [2, [2, 83). 83).

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i W a , o) Sección o) Sección A-B.

es<3“ ™ ític a de la pla na muestra muestra los materi materiales ales de de relle no que se transportan por carros y ene se yacían en el número 10 tugura 6.5a); un transportado r de o á c j los los lle lleva va hacia hacia la la máquina máquina par a el id le n o 1). Lo s ma ter ial es se h :, ectan de ntr o de la tu be rí a re vestida con oasalto 2). El codo de }0= tambia de dirección hacia la treme ,). Después, Después, tubos de acero acero ¿ = a m a o de mis cor. tos 4), que se desmontan con facüiiai descargan los materiales de relleno en la la parte trasera de la fcr.te . a una velocida velocidadd alta La se có n transver transversal sal de la frente (fisura í.f N nuestra el tubo 4). con e¡ e¡ reheno ya colocado en su sitio S; ;. la r- t, : :. o tela tela de de alambre V, V, clavada clavada a los postes de madera.

: - 250

' RELLENO

AFLÍCACÍÓN DE LOS SISTEMAS D£ RSLLH'í C

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I n j V b C K t o u s de los siste sistemas mas si á li c o s en ¡as ¡as minas minas de car bón y de mm er al m eta ljc o se ilus tra - en las figuras 6.5 y 6 6 • y las maq uinas pa ra el r elleno se mue stran e: la figura figura 6 7 Las descriDrinn*« descriDrinn*« d e t a l la d a s de de l r e l l e n o se se pu pu e d en en e n c o r é « i a s « ^ ™

Relleno neumático

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Figura 6.6 Relleno neumático í _ — — as -siálicas -siálicas [2, [2, 83). 83).

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25 2

^ alieno en um minmin-ii j

RELLENO

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APLICACIÓN OE LOS SISTEMAS DE RELLENO

253

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I - P ar ar t e i n f e r i o r e s t á e q u i p a d a c o ^ a W ^ t a m b° b ° r’ r’ °‘Ue « entregan el material a las tub er ía ntadores tipo tornil tornillo. lo. AmP ° r m e d io io de aire comprimido 3 Una presió« de 5 a 7 k g j z m \

6.2.5

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Relleno hidráulico

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Ei rn=tod° del relleno h idráulico es el sistema más avanzado: los ma ngles de relleno relleno se mezclan con am a y se transn transnnrrnrr-m m ; u n a tu tu b e r í a . Se r e q u ie r e de de u n a p l a n t a d e p r e p i ^ ^ ” r -* como tuberías, canales, piletas y uno estación estación de de bombas para z r™ s

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haSta ia -?H -?HP“rfIeic “rfIeic en donde se volverá volverá a’iftü a’iftüíí-

í> 0 í r¡ñJ) r¡ñJ) COnducl COnduclrr po í “ » “ berfa, berfa, yIosuBcient¿5enT¿ erande erande ' Í J l a m l lm a que n o Penn anezc a en suspensión en el el amia De otra . ra, este mate rial se sedim enta en los canales y pileras" pileras" y ocasiona gastos enormes por limpieza. El.mejor material es la arma d-rfo va que el agua agua del no ha eliminado eliminado ya el lim os a desecho d i lis pla n ti avadoras, ya clasificado y separado deflüno, resulta muy Las esconas de altos altos hornos enfriadas enfriadas bruscament bruscamentee en e l t i a s0„ también un material excelente. La utilización de un.sistema de relleni hidráulico para un manto 7 ^ ? £ i ° m T  I1" “ pend pendien ience ce * mue sm “ b figu figura ra 6.8 6.8 [2. [2. pásin pásinaa - . ]. H matenal se tra nsporta por la tubería 3 ) y se se divide divide en la tan? 3S °_rnenos °_rnenos cada 15 metros 4). Se construye un “d ique” de corrícorrína de canamo o yu te y se ajusta a los los ademes por medio de cuñas S) El p o -o "d i : t v 3etr 3etrás ás dd diqu diquee y d *«“ *«“ * a e ,S PO.O PO.OS S de la cortma de yute . La frente opera horizonta lmen te se ade r o , PP¡ " i ” ^ CabC2aleS d e ™ d r a i d e P « « form de K Ies CS 6 ) * " a Dt DtI en en e “ “ SÍÜ° POT * -ñ as adic ta-’ _ La pla nta y ia sec ció n lo ng itu di na l de -u n pan el o a n - M m m.na de mineral metálico se muestra en la fisura 6.9 ¡84 ■•> ¡84 ■•>" L-JJ,™ 7^1 - Lo, oique oiquess o cort cortinas inas 4) se se constr construyen uyen en en las las s e c d J ^ S

25 2 RELLENO

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APLICACIÓN OE LOS SISTEMAS DE RELLENO

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Ululaciones Ululaciones en las tuberías.

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Relleno hidráulico

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255

M A2 “ “ de‘ reI“ °

C

« -

■ *» * « M n [2],

“ V * \

Figura 6.10 Una planta típica instilada en la superficie para el rsíleno [2].

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estrechas dei rebaje. El transporte del mineral metálico se hace por medio de escrepas hasta un canalón central 5). Un.i instalación típica de la planta en la superficie se representa en la íigura 6 .10 (30, 2, página 729]. El material que se excava, se vierte dentro de ina tolva que alimenta una criba indinada . El mate rial más fino pasa través de la criba, y el material más grueso se tri tura por medio de iodiüos. £1 material de mayor tamaño se separa otra vez por medio de lar cribas vibratorias tal como se indica en la figura. Todo el material fino se métela con una cantidad extra de agua y se envía a la mina. Se deberá tener cuidado para nc permitir qu» algunas burbujas de aire entren en la tubería, pues el aire ouede oca sionar problemas en los codos. 6.2.6 "° i,Ídrá"iÍC0 f-

i^ ¡í 'd £ u “ ?!0ted0

Consolidación del relleno

Aunque el material ae relleno hidráulico se compacta después de que el agua ¿e iiltra a través de los poros de la cortina de yute,'aún no es-


255

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Aunque el material ae relleno hidráulico se compacta después de que el agua ¿e iiltra a través de los poros de la cortina de yute,'aún no es-

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X DISEÑO DEL RELLENO NiDRÁULICO

3

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Consolidación del relleno

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63

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a una vdoci-

y d m aterial rcbtantv. ^ í S t ^ sse* consolida 1 ^ 1 ™ en ei raisnio eJ£*

D l a z . n o D H L R E L L E N O H I D R Á U L I C O

Otros sistemas de relleno son bastante simples y no requieren dmu c .os pasos para su dise ño. Sin embargo, el sistema de relleno hf~ ai au ico se ceb e dise ñar de ac uerd o con las característic as de ías obras jo

dÍSPOm'bieS PaTa el rslIsno’ «*■ H diagrama de 4*Jseno 3e m üic a en la figu ra 6.13 [2, página 747].

) 257

•)

r* 2 ■Ï I I j

X

3

s u st an c ia s e sp ec ia le s, ^

^

)

DISEÑO DEL RELLENO NiDRÁULICO

257

•)

“ P U e d e c o n s ° M a r s i s e i e a g re g an

^

r p un d en af la dir c o” » * * * ‘ 2 J o s m a t e r ia l e s . E n e s a m a s- i r n n c

v a

^

a

9 u e c e m e n-

P erfo aT m s v as o b r a s d e d e s a r r o l lo , t a l e s c o m o c h i n L l T / 6 S e a g r e g a ( 3 % ) p i l T o t i ta m a e n é t i c a ” ° n e s C c o n t™ P o z o s ) y c r u c e r o s .

a n a d e n e s c o ri a s d e f u n d i c ió n d e cobre e' f SÍS ^

i

m a t e n a l d e « l le n o , o s é

* d a „ ,e n la t a b i a l ^ f p

d. lo,

p ^, el ,efcno conm|M,H„ .

Materiales pa-

.

, ... ,

—

*»*»«,

— --------------- ------------------- . ---------- ' -------- « * ® Z 73 !

Escoria granulada en agua Escoria tritura^da-1 00 nun

i

p ¡rr ot ir a

r

1 00

¿sas

A»,««„o

^

------- -------------- -------- ror venta

-------

£™ « S”* ■ Afasneüta

25

Concentrado de

, . 6

SiO, Al22,3

10

,

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2g

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S

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1.5

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compresión d.l «t e,« , co„sona3d„. 20. 7„ V er referencias 2 y as”

_ ________

~ ~ ------- --------- —

_______ _

1.0

7 u 10 eSd0tr° matWki Pm 13

esfuerzo s de compresión de este m ater i.i de Am ento y los 6] 186; 2, página 73 7] . Se pu vd e vr r ^ n?Uesrran en 1a figura de arena y cemento 5 'j puede i ] T consoiidad° = f n de 56 ^ co, a l ^ d“

n e ^ ! « “ ] R eS ii te il Ci !,S d e 1 05 m a te r ía l es « “ O li da do s c a n « m e n t ó p a n r e ! re -

63

^ c em e nt o se tra nsp orta en c a m i o n e s ^ a ^ a f d ad d e ó a S 1/se g, £ sr a m ez c] a ^ e l < * * se ^ Í* S°" de a ^ a - * ^ a lu^

a una vdoci-

Otros sistemas de relleno son bastante simples y no requieren dmu c .os pasos para su dise ño. Sin embargo, el sistema de relleno hf~ ai au ico se ceb e dise ñar de ac uerd o con las característic as de ías obras

y d m aterial rcbtantv. ^ í S t ^ sse* consolida 1 ^ 1 ™ en ei raisnio eJ£*

jo

255®-'

D l a z . n o D H L R E L L E N O H I D R Á U L I C O

RELLENO

dÍSPOm'bieS PaTa el rslIsno’ «*■ H diagrama de 4*Jseno 3e m üic a en la figu ra 6.13 [2, página 747].

DISEÑO DEL RELLENO HiORÁULICO

259

Figura 6.13 Procedim iento de diseño del relleno hidráulico [2] Figura 6.1 2 Sistema de relleno con material consolidado con cemento [2. 87},

El-diseño se comprende mejor mediante un ejemplo numérico, supónganse los datos siguientes:

Arenisca, yk - 2 .5 to n / n r d ~ 2 mm K = 0.30

Datos técnicos Dimensión de la frente Duración dei proceso de relleno Equipo deí relleno Tipo de tubería

Diámetro del tubo, D (mm)

100 m X 1.2 m X 2 m

3 h/turno 1 turno/día Acero

Longitud del tubo

(m) 200

1 a 2 (vertical) 2 a 3 (horizontal)

Datos físicos Material de relleno y su densidad Tamaño promedio Concentración de la mezcla

Puntos

500 70 0

150

Háganse ios cálculos siguientes: 1. guiente:

Cantida d de agua. Esta se obtie ne por medio de la fórmula si

Qk ( 7 * “ l m )

im

I w

7,„ = K y k + (1 - K ) 7 *

(6- 2 )

255®-'

DISEÑO DEL RELLENO HiORÁULICO

RELLENO

259

Figura 6.13 Procedim iento de diseño del relleno hidráulico [2] Figura 6.1 2 Sistema de relleno con material consolidado con cemento [2. 87},

El-diseño se comprende mejor mediante un ejemplo numérico, supónganse los datos siguientes:

Puntos

Diámetro del tubo, D (mm)

Material de relleno y su densidad Tamaño promedio Concentración de la mezcla

Arenisca, yk - 2 .5 to n / n r d ~ 2 mm K = 0.30

500 70 0

150

Háganse ios cálculos siguientes: 1. guiente:

Datos técnicos Dimensión de la frente Duración dei proceso de relleno Equipo deí relleno Tipo de tubería

(m) 200

1 a 2 (vertical) 2 a 3 (horizontal)

Datos físicos

Longitud del tubo

Cantida d de agua. Esta se obtie ne por medio de la fórmula si

100 m X 1.2 m X 2 m

Qk ( 7 * “ l m )

3 h/turno 1 turno/día Acero

im

(6- 2 )

I w

7,„ = K y k + (1 - K ) 7 *

2S 0 RELLENÓ

en dónde

a = S ^ í s : n"etroscüw— ^

= d e n si d ad d e, cubico.

DISEÑO DEL RELLENO HIDRÁULICO

2- Velocidad de Ja mezcla: hora.

P°rhora' iIeno=erl- toneladas por metro

m e t r fc ü b f cV 3 y *  D en sid ad ^

^

^

+ re iI e^ > en to ne la da s p or

- Q ~ Qk + Qw ~ 76 + 178 |

.

= 25 4m 3/3i

Concentración volumétrica h/ i reüeno „* respecro a| refleno + a^ ^ cía/ 3a dac ión dei

K~ -

25 4 3600 = 0.070 m3/seg

Vk

*c+i>w ~ 0-3

Q ( tt D 2/4 )

1“2 Qk

261

Q-Q7Q Íír(0.2)2/4i

100 ra X i-2 -’"X 2.0 m X 0.95 ~ 223 ni3/tur no

_ 228

- 2.22 m/ seg

' = 76 m3/h

J/*

.¿j

2“3 pu ed a lle na r es 0 .9 5 :VnO hjdr aui iCo 2 ^

de qu e el 95% de hu ec os se

Í^(ÓJ5} V4T = 3'96

-« ~ ss s « i r

se§

‘

7m  J C y t + d  K ) y w = 0.30 X 2,5 -f (i - 0-30^ ¡ = J.45 t/m3 - ^ 1 ^ 4 5 ) 1.45- 1 — 178 m 3/h &

2,

.

en donde Vk _ Velocidad critica, en metros por secundo r¿ - Coeficiente, <¿> 2 mm , F¿ = ] .34." g = Aceleración de la gravedad, 9.SI m/seg2, — D iám etr o de l tu bo , en me tro s.

7 fí

= IT ? = a42

7i = cf fic oad dd material de reilM0’ en 7w ~ Densidad deí agua = 1 ton/m3

por metro

2S 0 RELLENÓ

en dónde

a = S ^ í s : n"etroscüw— ^

= d e n si d ad d e, cubico.

DISEÑO DEL RELLENO HIDRÁULICO

2- Velocidad de Ja mezcla: hora.

P°rhora' iIeno=erl- toneladas por metro

m e t r fc ü b f cV 3 y *  D en sid ad ^

^

^

+ re iI e^ > en to ne la da s p or

- Q ~ Qk + Qw ~ 76 + 178 |

.

= 25 4m 3/3i

Concentración volumétrica h/ i reüeno „* respecro a| refleno + a^ ^ cía/ 3a dac ión dei

K~ -

25 4 3600 = 0.070 m3/seg

Vk

*c+i>w ~ 0-3

Q ( tt D 2/4 )

1“2 Qk

261

Q-Q7Q Íír(0.2)2/4i

100 ra X i-2 -’"X 2.0 m X 0.95 ~ 223 ni3/tur no

_ 228

- 2.22 m/ seg

' = 76 m3/h

J/*

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de qu e el 95% de hu ec os se

Í^(ÓJ5} V4T = 3'96

-« ~ ss s « i r

se§

‘

7m  J C y t + d  K ) y w = 0.30 X 2,5 -f (i - 0-30^ ¡ = J.45 t/m3

en donde

- ^ 1 ^ 4 5 ) 1.45- 1

Vk _ Velocidad critica, en metros por secundo r¿ - Coeficiente, <¿> 2 mm , F¿ = ] .34." g = Aceleración de la gravedad, 9.SI m/seg2, — D iám etr o de l tu bo , en me tro s.

— 178 m 3/h &

2,

.

7 fí

= IT ? = a42

7i = cf fic oad dd material de reilM0’ en

por metro

7w ~ Densidad deí agua = 1 ton/m3

1

262-

DISEÑO OEL RELLENO HIDRÁULICO

RELLENO Tabla 6.2 Velocidades críticas en las cuberías0

Diám etro de l t ub o (mm) 0 0

&• h*

en donde

Velocidad critica (m/seg)

J 1-o = P érdida de carga en una tubería vertical, en metros por metro de tiro (m/m). V a = Coeficiente de fricción dei tubo, 0.024. = Velocidad en el tub o vertical,-2.22 m/seg. D r z = Diáme tro del tubo vertical. 0.2 m. g = 9.81 m/seg2. — Pé rd ida de car ga en un a tub er ía ho riz on ta l, en me tro s p o r me tro . = Coeficiente de fricción del tubo. 0.025. n 23 = Diámetro del tubo horizontal, 0.15 m. V23 = Velocidad en el tubo horizontal, 3.96 m/seg. K = Concentración de la mezcla, 0.30. $ = Variable de Durand*. y k = Densidad del material para relleno, 2.5. 7,v = D ensidad del agua. 1.0.

2.4 2.7 2.8 3. 2 3. 4

125 150 175 20 0 Ver referencia 2.

Para aranas { jk 2.5), la velocidad crítica como se ha calculado pr ec isa m en te , se mu es tra ta blâ 6.2 pa ra de tu e ria . L a v eI od d3 d de ken talab|a u nad if er e ^ e- s ddiá^me n etro^s de obtiene de esta manera:

v 2~?

25 3

UI 55

3.96 > Vk - 2.8 m/seg (sin régimen de depósito)
4 Coeficiente de fricción (X). El flujo o régimen turb ulento los

r s r d e fric ción “

u na

de

to 2

9.81 X 0.150 (3.96)'

= 9.28

’¿

j l ~2 = °'024 2 x l ' ì t X 0.2 = ° '030 m /m _

.

•A¡'2 - tuoo de 200.mm ^3 ”3 = tub o de 150 mm = 0.025

'i * Si < F < J7 V¡. se dieu que el réyime:) de flujo de ¡a lechada en la tubería horÍ 2 ont;l es ci -flujo por deslizamiento dei fondo" V¡ que es ia velocidad final de sedimentación de ¡as panícula s. Para lus partíc ulas ds fo rma redondead a, este valor se puede calcular con ia ecuación:

5. Pérdida por fricción (pérdida de carsa).

Vs = 0.55 V¿17* - i) J

i _2 — X 1i _2

V U 2 g D ^ 2

(6.5)

Para el caso anterior, entonces: Vs = 0.55 yCT.2G(2.5 - 1} = 0.3 mises

T/ 2

^2-3

( 6 .6)

y

(6.7)

l'.n el r éja n en d e flii ¡o po r dcs lizamiun io dei fond o, la variaü' e de Dur and íe o:;p-¡"-'.¿a con la ecuación (ó. 1).

^ . = 2 . 8 m / s c ? < 3 . 9 6 < 1 7 < 0 J = 5 .1 m /^ cu

é = 66 í^~ ~ i 7w )

k'l

1

262-

DISEÑO OEL RELLENO HIDRÁULICO

RELLENO Tabla 6.2 Velocidades críticas en las cuberías0

Diám etro de l t ub o (mm)

J 1-o = P érdida de carga en una tubería vertical, en metros por metro de tiro (m/m). V a = Coeficiente de fricción dei tubo, 0.024. = Velocidad en el tub o vertical,-2.22 m/seg. D r z = Diáme tro del tubo vertical. 0.2 m. g = 9.81 m/seg2. — Pé rd ida de car ga en un a tub er ía ho riz on ta l, en me tro s p o r me tro . = Coeficiente de fricción del tubo. 0.025. n 23 = Diámetro del tubo horizontal, 0.15 m. V23 = Velocidad en el tubo horizontal, 3.96 m/seg. K = Concentración de la mezcla, 0.30. $ = Variable de Durand*. y k = Densidad del material para relleno, 2.5. 7,v = D ensidad del agua. 1.0.

2.4 2.7 2.8 3. 2 3. 4

125 150 175 20 0

&• h*

en donde

Velocidad critica (m/seg)

0 0

Ver referencia 2.

Para aranas { jk 2.5), la velocidad crítica como se ha calculado pr ta blâ 6.2 pa ra de tu eceisa riam . en L atev, eIseodmu d3 es d tra de ken talab|a u nad if er e ^ e- s ddiá^me n etro^s de obtiene de esta manera:

v 2~?

25 3

UI 55

3.96 > Vk - 2.8 m/seg (sin régimen de depósito)
4 Coeficiente de fricción (X). El flujo o régimen turb ulento los

r s r d e fric ción “

u na

de

to 2

9.81 X 0.150 (3.96)'

= 9.28

’¿

j l ~2 = °'024 2 x l ' ì t X 0.2 = ° '030 m /m _

.

•A¡'2 - tuoo de 200.mm ^3 ”3 = tub o de 150 mm = 0.025

'i * Si < F < J7 V¡. se dieu que el réyime:) de flujo de ¡a lechada en la tubería horÍ 2 ont;l es ci -flujo por deslizamiento dei fondo" V¡ que es ia velocidad final de sedimentación de ¡as panícula s. Para lus partíc ulas ds fo rma redondead a, este valor se puede calcular con ia ecuación:

5. Pérdida por fricción (pérdida de carsa).

Vs = 0.55 V¿17* - i) J

i _2 — X 1i _2

V U 2 g D ^ 2

(6.5)

Para el caso anterior, entonces: Vs = 0.55 yCT.2G(2.5 - 1} = 0.3 mises

T/ 2

^2-3

( 6 .6)

y

(6.7)

l'.n el r éja n en d e flii ¡o po r dcs lizamiun io dei fond o, la variaü' e de Dur and íe o:;p-¡"-'.¿a con la ecuación (ó. 1).

^ . = 2 . 8 m / s c ? < 3 . 9 6 < 1 7 < 0 J = 5 .1 m /^ cu

é = 66 í^~ ~ i 7w )

k'l

26 4 RELLENO

ECONOMÍA DEL RELLENO 265

yJ 23 = 0 0^5 — ^3-96)2 ,. ^ s T T a T T (I + ° '30 X 5-28) ~ 0.50 m /m

Tabla 6.3 Análisis de costos en ios sistemas de hundimiento y de relleno0

Concepto

longitud se multiplican po rû íTo nrit PriÍrdÍdaS de CMSa por u nidad ¿e pé rd id as tot al es l ^ - la s

-

* B = h í _1 X / M . + / w x / m

(6 g)

= 500 m X 0,030 m/m + 700 m X 0.50 m/m

Molería!

Cantidad / toneladas}

Costo (NFlT)

Desembolso

Sistema de hundimiento completo Costo de producción en ei panel o cuartel, Acarreo en galerías o túneles y en ei tiro Transpon e en la superficie Arreglo en la superficie Total

Carbón

840,000

1.81

3,520,000

Roca

239,000

0.30

72,000

Roca Roca

239.000 624.000

0.20 0.73

Carbón Carón

750,000 90,000

2.S5 1.81

2,138,000 163,000

Roca Roca

624.000 312.000

0.42 1.02

261,000 318.000 2,880,000

.

.

48,000 455.nnn 2,095,000

. Sistema de relleno y hundimiento

- 35 + 350 = 365 m Como la longitud del tiro (vertical) es de 500 m,

Costo de producción (relleno) Costo de producción (hundi miento) Acarreto en los tiros y en galerías Planta de trituración Total

¿ i f< 5 0 0 m IVsr referencias2 y 35.

r

*una bom ba, bajo las condiciones

*

exte™ d e — ■«.  h°TÍZmta¡' SÍn nin'

500 * 15 + / x 05 (!1K U‘J ^m¿í~970m Cualquier distancia mayor de 970 m de presión extra y de la ins nb r' - • cuad a. Y Ia ,nStaIacion ae

6.4

, e , fondo del tiro requiere bom ba en la posición ade-

economía d el relleno

se pr op or ci in fn Tn h UtabTaC63y °

C£m d cost° esMUemanzan en la figura 6.14

[2, página 743] según un estudio hecho por Fettwiss ¡ 3 0 ] en el yacimiento carbonífero de Aachen. . Como f ® «« tra en la figura 6 .14, cuando la mina opera bajo ei istema de hundimiento, la producción anual, es de 840,000 toneladas de carbón y 624,000 toneladas (430,000 m3} de roca estéril, oue se coloca en una pila de desechos (7). De esta roca. 239,000 toneladas hv- r m °n m , ^ desarTOll° y 73’000 toneladas de la planta adora (73 ,000 toneladas de + 80 milímetros por cribado, 312,00 0 toneladas de 80 milím etros por ei proceso de lavado). Cuando la mina opera bajo el sistema de relleno, 750,000 toneladas de carbón se producen ai ano por el método de relleno y 90,000 toneladas por ei sistema de hund imiento , pues no existen suficientes materiales dis po nib les pa ra el re lle no . En es te sis tem a, to da la pie dr a se uti liz a c o mo material de relleno. Los desechos de la planta lavadora (312,000 toneladas directamente y el resto, que son 230,000 toneladas de roca minauu ma s /3..G00 toneladas de roca cribada) se trituran y se envían a la mina.

26 4 RELLENO

ECONOMÍA DEL RELLENO 265

yJ 23 = 0 0^5 — ^3-96)2 ,. ^ s T T a T T (I + ° '30 X 5-28) ~ 0.50 m /m

Tabla 6.3 Análisis de costos en ios sistemas de hundimiento y de relleno0

Concepto

* B = h í _1 X / M . + / w x / m

Costo (NFlT)

Desembolso

Sistema de hundimiento completo

longitud se multiplican po rû íTo nrit PriÍrdÍdaS de CMSa por u nidad ¿e pé rd id as tot al es l ^ - la s

-

Cantidad / toneladas}

Molería!

Costo de producción en ei panel o cuartel, Acarreo en galerías o túneles y en ei tiro Transpon e en la superficie Arreglo en la superficie Total

(6 g)

= 500 m X 0,030 m/m + 700 m X 0.50 m/m

Carbón

840,000

Roca

.

1.81

3,520,000

239,000

0.30

72,000

Roca Roca

239.000 624.000

0.20 0.73

Carbón Carón

750,000 90,000

2.S5 1.81

2,138,000 163,000

Roca Roca

624.000 312.000

0.42 1.02

261,000 318.000 2,880,000

.

48,000 455.nnn 2,095,000

. Sistema de relleno y hundimiento

- 35 + 350 = 365 m

Costo de producción (relleno) Costo de producción (hundi miento) Acarreto en los tiros y en galerías Planta de trituración Total

Como la longitud del tiro (vertical) es de 500 m,

¿ i f< 5 0 0 m IVsr referencias2 y 35.

r

*una bom ba, bajo las condiciones

*

exte™ d e — ■«.  h°TÍZmta¡' SÍn nin'

[2, página 743] según un estudio hecho por Fettwiss ¡ 3 0 ] en el yacimiento carbonífero de Aachen. . Como f ® «« tra en la figura 6 .14, cuando la mina opera bajo ei istema de hundimiento, la producción anual, es de 840,000 toneladas de carbón y 624,000 toneladas (430,000 m3} de roca estéril, oue se coloca en una pila de desechos (7). De esta roca. 239,000 toneladas

500 * 15 + / x 05 (!1K U‘J ^m¿í~970m Cualquier distancia mayor de 970 m de presión extra y de la ins nb r' - • cuad a. Y Ia ,nStaIacion ae

6.4

hv- r m °n m , ^ desarTOll° y 73’000 toneladas de la planta adora (73 ,000 toneladas de + 80 milímetros por cribado, 312,00 0 toneladas de 80 milím etros por ei proceso de lavado). Cuando la mina opera bajo el sistema de relleno, 750,000 toneladas de carbón se producen ai ano por el método de relleno y 90,000 toneladas por ei sistema de hund imiento , pues no existen suficientes materiales dis po nib les pa ra el re lle no . En es te sis tem a, to da la pie dr a se uti liz a c o mo material de relleno. Los desechos de la planta lavadora (312,000 toneladas directamente y el resto, que son 230,000 toneladas de roca minauu ma s /3..G00 toneladas de roca cribada) se trituran y se envían a la mina.

, e , fondo del tiro requiere bom ba en la posición ade-

economía d el relleno

se pr op or ci in fn Tn h UtabTaC63y °

C£m d cost° esMUemanzan en la figura 6.14

26S. RELLENO

R e f e r e n c ia s

3 ¿ r h c i 6 n dc ! dc !oos raa,eria1“ - ¡” * “ ■“ * - "« "« <> <> y « . - d i -

La cantidad de materiales los cn^r-i«: h * i-«. -«.

^ b o l s o s t o ta ta le le s p oorr a f io se ’r e s u m e„ e„ e n h t . b u ’^

o

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v i e „ f d * ' la la ™ - “ ay dd dd » l o s er er ' 1 C 3 nt nti da da d COmb“ a d a ^ o c a - q u e p r o - '

metros>. 3 x T/ T/ío V c t i r as as/ ar s : t r « : u^ u^ ^ r i dSocs ado

mez mezcl clado ado con los dese-hos dese-hos de h „1, „1,7

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26S. RELLENO

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Abrams, 206, 210 Adkins, 9 Agriculture Department of USA, 260 American Concrete Institute, 214, 270 AiiogJu, E„ 90, 225, 229, 267,268, 270 Ariogiu, N., 9 Ashwin, 269 Bach, 267 Bains, 269 Barry, 269 Baumann, 267 Beckett; 267 Bilinski, 270 Birôn, 223, 22 9, 233,267 268, 270 Blades, 125, 26S Boiomey, 207 Bridge and Construction Association o f Turkey, 48 Bureau of Mines of USA, 114,19 2 Coates, 134, 264 Cochrane, 134, 269 Corson, 267 Cain, 267 Cox, 116, 263 Cnujfeshaw, 271 Curth, 269

Deere, 270 Dejans, 269 Dixon, 32, 267 Dowry, 168 Du Pont, 123. 263 Durand, 271 Ehnhann, 42 Ev3ns, 60, 26 8 Everiing, 53 Farmin, 271 Fettweiss, 265 Fjodorow, 271 Ford, 270 Frankiin, 124,126,269 Frecftt, 263 Gilberz, 271 Graf, 41,207, 267, 270 Graham, 270 Goetze, 268 Gouiiioux, 135, 270 GuEick, 168 Hcinzmunn, 93 ,107 Hogan 32, 267 Hutchinson, 9 273

Abrams, 206, 210 Adkins, 9 Agriculture Department of USA, 260 American Concrete Institute, 214, 270 AiiogJu, E„ 90, 225, 229, 267,268, 270 Ariogiu, N., 9 Ashwin, 269

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Bach, 267 Bains, 269 Barry, 269 Baumann, 267 Beckett; 267 Bilinski, 270 Birôn, 223, 22 9, 233,267 268, 270 Blades, 125, 26S Boiomey, 207 Bridge and Construction Association o f Turkey, 48 Bureau of Mines of USA, 114,19 2

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Coates, 134, 264 Cochrane, 134, 269 Corson, 267 Cain, 267 Cox, 116, 263 Cnujfeshaw, 271 Curth, 269

Deere, 270 Dejans, 269 Dixon, 32, 267 Dowry, 168 Du Pont, 123. 263 Durand, 271 Ehnhann, 42 Ev3ns, 60, 26 8 Everiing, 53 Farmin, 271 Fettweiss, 265 Fjodorow, 271 Ford, 270 Frankiin, 124,126,269 Frecftt, 263 Gilberz, 271 Graf, 41,207, 267, 270 Graham, 270 Goetze, 268 Gouiiioux, 135, 270 GuEick, 168 Hcinzmunn, 93 ,107 Hogan 32, 267 Hutchinson, 9 273

274 ÍNDICE DE AUTORES

Jane,267 ■foscín, 185, 270

-Ridi, 271 Riegan, 9

Kammer, 268 Kcywcrtli, 263 Koilmann, 30, 267 Kondo, 225, 270 Konopko, 270 Künstler, 108 Leonet, 263 Loxley, 269 ' Lucas, 5, 9 Luü, 268 i-ydon, 270 ¡ViangeJsdorf, 146, 269 Marsh, 267 Weriil, 269 Mikuiafc, 9 Miller, 269 Moil, 100 Moore, 268 Murphy, 99, 124, 26S Nair, 269 National Coal Board of Britain, ¡9 6 igS Neville, 270 ’ a Nevü/i, 268 NewÜn, 42

Sahin, 9 Saiup, 269 S a r k k a , 271 S a x e n a , 33, 35, 267 S h e o r e y , 269 S i g o t t , 184, 270 S l i m e s , 38, 267 Singh, 33, 35, 269 S i n o u , 118, 268 S i s k a , 56, 268 S m e t / iu r s r , 9 S p a r k s , 271 S p r u t h , 263 Standards Jn stiiurc of Turkey

S i a s s c n , 195, 270 Sulzberger, 267 Szcchy, 268

60, 268 229, 270 Tincolin, 118.26 S Tupuz, 9 Terzaghi,

Tieman,

ToH.'ssaint-Hemzmann, T w i n d a l e , 271 Van Duyse, Vidai,

Ossacfter, 269 Ostrava Research Institute of Czechoslovakia, 5S, 155 Pceie, 268 pen?, 124, 263 Prutodyakonov, 4?, 5 ]

93 ¡07

270

26S

146, 269 126, 26«, 2 69 W i c k h a m , 229, 270 * W i l s o n , 42, 132, 268 ">70 W i n t e r , 37, 26 7 W o o d f i e l d , 123, 126, 269 W o o d H a n d b o o k , 26 7 W hite,

W hittaker,

Woodruff,

Rabceu-fcz, 227, 270 Rankin, 39 Rescr, 269

270

Yiiksel,

269

9

Zahary, 271 Zillosen, 270

A Acaro: ademes de frente larga de, 153 arcos cedenics. 107 arcos d e. i DO cabezales articuladas de, Í53, 161 características de. 85 caraeieristic:.* ingeniedle-s de!. 86 características ntccanicas d el, 86 cuino material. 85 d'seño deí poste, 162 dureza de¡, 8-'? «•acto dei carbono en el, 88
módulo de sección do, 90 momentos de inercia dei, 90 po ste , 153 dei tipo de fricción. 156 hidráulico, ¡58 pro pie dad es de! , 8 9 piü iüii cs hid ráu lic os de, ¡59 pu nt o de lTueñ5ia ; S9 resistencia a la tensión. 88 vigas de, 90 vigas H de, 39 Ademes '‘caminantes”, 197 apiicabiüdad de ios, 197 bases de los. 173 capacidad de soporte de los, 180, 183, 134, 185, 137 comparaciones entre lo<. 197 condiciones de! techo, i 90 convergencia en !o:; 135, 195 desarrollo de ios, 16c descripción de los, J7¡ desventajas de los, 197 dimensiones de les, 174 dísono de ¡os, 176, t?“cscudos de bs, 171

274 ÍNDICE DE AUTORES

Jane,267 ■foscín, 185, 270

-Ridi, 271 Riegan, 9

Kammer, 268 Kcywcrtli, 263 Koilmann, 30, 267 Kondo, 225, 270 Konopko, 270 Künstler, 108

Sahin, 9 Saiup, 269 S a r k k a , 271 S a x e n a , 33, 35, 267 S h e o r e y , 269 S i g o t t , 184, 270 S l i m e s , 38, 267 Singh, 33, 35, 269 S i n o u , 118, 268 S i s k a , 56, 268

Leonet, 263 Loxley, 269 ' Lucas, 5, 9 Luü, 268 i-ydon, 270

S m e t / iu r s r , 9 S p a r k s , 271 S p r u t h , 263

¡ViangeJsdorf, 146, 269 Marsh, 267 Weriil, 269 Mikuiafc, 9 Miller, 269 Moil, 100 Moore, 268 Murphy, 99, 124, 26S

Standards Jn stiiurc of Turkey S i a s s c n , 195, 270

Sulzberger, 267 Szcchy, 268

60, 268 229, 270 Tincolin, 118.26 S Tupuz, 9 Terzaghi,

Tieman,

Nair, 269 National Coal Board of Britain, ¡9 6 igS Neville, 270 ’ a Nevü/i, 268 NewÜn, 42

ToH.'ssaint-Hemzmann, T w i n d a l e , 271 Van Duyse, Vidai,

Ossacfter, 269 Ostrava Research Institute of Czechoslovakia, 5S, 155

93 ¡07

270

146, 269 126, 26«, 2 69 W i c k h a m , 229, 270 * W i l s o n , 42, 132, 268 ">70 W i n t e r , 37, 26 7 W o o d f i e l d , 123, 126, 269 W o o d H a n d b o o k , 26 7 Woodruff, Yiiksel,

269

9

Zahary, 271 Zillosen, 270

Area fallada: frente larga, 1 4 4 pe rn os de an cla je, 14 6 Armaduras: anclaje, 150 dimensiones, 151, 152 diseño, 147 ejemplo numérico de diseño, 149 astática de las, 148 pr in ci pi os , 146 Articulados: arcos, 100 cabezales, 153,161 Avances d e los ade mes de ias frentus Iar„aSi

B

en ¡os pernos de techo tipo expansivo, i 13

Bas^de los ademes móviles o "caminames",

cfcsramiiomctna, 203, 209 del concreto, 207

C

Agua/cemento:

de cabezales de madera. 62 du costos de reileno, 264 de esfuerzos en ¡os arcos articulados, 105 de esfuerzos en ¡os arcos rígidos, 90 Arcos ceden tes: ejemplo numérico, 110 estimaciones de ios, 1 1 0 p un to de flu en cia de l a cer o, 89 Arcos esden tes de sección en U, 107 Arcos ceden'es d e sección en V. Í08 Arcos cedentes Glocken, 1 0 7 Arcos ceden íes K unstler, 10 8 Arcos MoJl, 104 Arcos rígidos: «rgas normales en los, 100 diseño do. 97 ejemplo nume'rico, 98 mom entos de los, 100

módulo de sección do, 90 momentos de inercia dei, 90 po ste , 153 dei tipo de fricción. 156 hidráulico, ¡58 pro pie dad es de! , 8 9 piü iüii cs hid ráu lic os de, ¡59 pu nt o de lTueñ5ia ; S9 resistencia a la tensión. 88 vigas de, 90 vigas H de, 39 Ademes '‘caminantes”, 197 apiicabiüdad de ios, 197 bases de los. 173 capacidad de soporte de los, 180, 183, 134, 185, 137 comparaciones entre lo<. 197 condiciones de! techo, i 90 convergencia en !o:; 135, 195 desarrollo de ios, 16c descripción de los, J7¡ desventajas de los, 197 dimensiones de les, 174 dísono de ¡os, 176, t?“cscudos de bs, 171

ÍNDICE

f ó r m u l a s d e p r e s i ó n , 54 fuerza hidn íiiiica de ¡os, 176 gatos hidráu licos para ios, 175 índices del techo, 189, 1 9 1 instalaciones de ios, 200 pa ta s o pi er na s d e los , i 75 Patín, 173 pr es ió n de ce de nc ia , 17 5, 1 7 5 pr in ci pi os , 16 7 sistema de co ntrol para ios, ¡ 76 tipo de cuña para ios, 163 tipo de escudo, 171, 172 *ipo de marco para Jos, 167 ventajas de ¡os, 195 , A d e m e s d e e s cu d o , 1 3 0 , 1 6 8 , 1 7 2 Ademes mecanizados tipo cuña, 168 Ademes móviles, 155 Afianzamiento:

Ana'iisis estático: arco rígido, 90 armadura de techo, 147 Análisis:

Acaro: ademes de frente larga de, 153 arcos cedenics. 107 arcos d e. i DO cabezales articuladas de, Í53, 161 características de. 85 caraeieristic:.* ingeniedle-s de!. 86 características ntccanicas d el, 86 cuino material. 85 d'seño deí poste, 162 dureza de¡, 8-'? «•acto dei carbono en el, 88
W hite,

Rabceu-fcz, 227, 270 Rankin, 39 Rescr, 269

fórmulas de relación. 207 relación para el concreto, 206 Amp ¡iaCJ-ünes d Kjas entrad as a ¡as galenas .

A

26S

W hittaker,

Pceie, 268 pen?, 124, 263 Prutodyakonov, 4?, 5 ]

fucrzaide ejemplo numérico, J 33 Agregados:

270

Canteras para m ateriales de relleno, 244 Capacidad de anclaje: de armaduras de techo, 150 de pernos con concha de expansión. 1 i 7 de pernos con resina, 124 de pernos de ranura y cuña, 1 1 5 Capacidad de suporte o de carga: de los ademes'‘caminantes", ¡78 ¡84 185,18 7,189 . ’ de los pernos de anclaje, 1 3 2

Características del riel, 94 Características ingeníenles: de la madera, 24 dei acero, 8 6 , 102 del concreto, 206 Características mecánicas del acero 56 Características: de las rocas, 52 do ¡as vigas H, 9] de ios elementos estructurales, S 9 de ¡os perfiles T-H, 94 de los pern os de anclaje. ¡ 2S del acero, 86 dei concreto, 205 del perfil Clement, 90, 94 del perfil de riel, 94 Carbono en el acoro, 87

277 Carga: densidad de los ademes ‘‘caminantes” 177

ejemplo numérico, 231 techo artificial, 2 2 1 transporte del, 212 tubería, 212 usos del, 2 1 5 ventajas dei, 201 Cond¡c¡ones.de ia frente, 163 Convergencia:

en el marco de un túnel, 50, 53 en ¡os ademes “caminantes”, 1 8 2 factor (Everling), 53 relaciones de extensión de los pernos de anclaje, 129 Carga instantánea, 15 7 en ademes “caminantes”. 178, 1S5 Cargas normales, 100 ' en la frente con ademes “caminantes" Cartucho de resina Du Pont, 123 195 Celulosa. 24 en la frente de postes y cabezales, 196 Cemento: • Cuñas de m adera para calzar, 54 en e¡ concreto, 203 Curva característica: materiales del, 256 de los postes de fricción, 156 Ceniza muy fina en el concreto. 204 de los p ostes hidráulicos, 16 0 Colado del concreto, 212 Compactabihdad del concreto, 207 D. Concentradoras de desechos, 244 Concreto lanzado: Datos de operación d s los ademes diseño, 226 caminantes, 174 ejemplo numérico, 22S Deformación del acero. 86 granulometría, 218 Descripción: Concreto: de ¡osademes “caminantes”, ¡71 ademes de, 201 de los arcos cedentes. 108 agregados del, 203 de ¡os pernos de anclaje, ¡ 15 blo qu es, 22 0 Desechos del lavadero, 244 características ingeníenles, 206 Desventajas: ceniza fina, 204 de los ademes “caminantes”. 197 colado o vaciado dd, 212 dei concreto, 202 compacidad del. 207 del relleno. 245 condiciones dei fraguado, 209 Diámetro mínimo dei cabezal. 78 condiciones de trabajo, 207 Dimensiones: cono de Abram, 210 de las armaduras de techo, 151, 152 contenido de agua. 205, 206 da los ademes, ¡74 contenido de cemento, 203 de los arcos esden tes, 108 diseño. 225 Diseño de los cabezales: dosificación (uroporcionimiento). 203 articulados, 100 ejemplo numérico de la preparación, 226 Diseño del poste central. 72 fluido, 210 Diseño óptimo del marco dei túnel, 75 granuiometría. 212 Diseño: humedad, 210 de arcos de acero, 90 importancia del, 201 •dearcosmoií, 1 0 0 mantenimiento del, 212 de arcos rígidos, 96 monolítico, 218 de armaduras de techo, 1 4 7 plá sti co, 21 0 de cabezales, 79 pr ep ara ció n de i, 21 0, 22 5, 226 de cabezales de acero. 166 relación agua/cemento, 206 de cabezales de madera, 63, 69 resistencia, 2 1 3 de colocación de los pernos de anclaje, revenimiento, 212 136 revestimiento de tiros. 22 1 de cuñas (calces) de madero. 67

ÍNDICE

f ó r m u l a s d e p r e s i ó n , 54 fuerza hidn íiiiica de ¡os, 176 gatos hidráu licos para ios, 175 índices del techo, 189, 1 9 1 instalaciones de ios, 200 pa ta s o pi er na s d e los , i 75 Patín, 173 pr es ió n de ce de nc ia , 17 5, 1 7 5 pr in ci pi os , 16 7 sistema de co ntrol para ios, ¡ 76 tipo de cuña para ios, 163 tipo de escudo, 171, 172 *ipo de marco para Jos, 167 ventajas de ¡os, 195 , A d e m e s d e e s cu d o , 1 3 0 , 1 6 8 , 1 7 2 Ademes mecanizados tipo cuña, 168 Ademes móviles, 155 Afianzamiento:

Carga: densidad de los ademes ‘‘caminantes” 177

B Bas^de los ademes móviles o "caminames",

cfcsramiiomctna, 203, 209 del concreto, 207

C

Agua/cemento: fórmulas de relación. 207 relación para el concreto, 206 Amp ¡iaCJ-ünes d Kjas entrad as a ¡as galenas . Ana'iisis estático: arco rígido, 90 armadura de techo, 147 Análisis: de cabezales de madera. 62 du costos de reileno, 264 de esfuerzos en ¡os arcos articulados, 105 de esfuerzos en ¡os arcos rígidos, 90 Arcos ceden tes: ejemplo numérico, 110 estimaciones de ios, 1 1 0 p un to de flu en cia de l a cer o, 89 Arcos esden tes de sección en U, 107 Arcos ceden'es d e sección en V. Í08 Arcos cedentes Glocken, 1 0 7 Arcos ceden íes K unstler, 10 8 Arcos MoJl, 104 Arcos rígidos: «rgas normales en los, 100 diseño do. 97 ejemplo nume'rico, 98 mom entos de los, 100

ejemplo numérico, 231 techo artificial, 2 2 1 transporte del, 212 tubería, 212 usos del, 2 1 5 ventajas dei, 201 Cond¡c¡ones.de ia frente, 163 Convergencia:

en el marco de un túnel, 50, 53 en ¡os ademes “caminantes”, 1 8 2 factor (Everling), 53 relaciones de extensión de los pernos de anclaje, 129 Carga instantánea, 15 7 en ademes “caminantes”. 178, 1S5 Cargas normales, 100 ' en la frente con ademes “caminantes" Cartucho de resina Du Pont, 123 195 Celulosa. 24 en la frente de postes y cabezales, 196 Cemento: • Cuñas de m adera para calzar, 54 en e¡ concreto, 203 Curva característica: materiales del, 256 de los postes de fricción, 156 Ceniza muy fina en el concreto. 204 de los p ostes hidráulicos, 16 0 Colado del concreto, 212 Compactabihdad del concreto, 207 D. Concentradoras de desechos, 244 Concreto lanzado: Datos de operación d s los ademes diseño, 226 caminantes, 174 ejemplo numérico, 22S Deformación del acero. 86 granulometría, 218 Descripción: Concreto: de ¡osademes “caminantes”, ¡71 ademes de, 201 de los arcos cedentes. 108 agregados del, 203 de ¡os pernos de anclaje, ¡ 15 blo qu es, 22 0 Desechos del lavadero, 244 características ingeníenles, 206 Desventajas: ceniza fina, 204 de los ademes “caminantes”. 197 colado o vaciado dd, 212 dei concreto, 202 compacidad del. 207 del relleno. 245 condiciones dei fraguado, 209 Diámetro mínimo dei cabezal. 78 condiciones de trabajo, 207 Dimensiones: cono de Abram, 210 de las armaduras de techo, 151, 152 contenido de agua. 205, 206 da los ademes, ¡74 contenido de cemento, 203 de los arcos esden tes, 108 diseño. 225 Diseño de los cabezales: dosificación (uroporcionimiento). 203 articulados, 100 ejemplo numérico de la preparación, 226 Diseño del poste central. 72 fluido, 210 Diseño óptimo del marco dei túnel, 75 granuiometría. 212 Diseño: humedad, 210 de arcos de acero, 90 importancia del, 201 •dearcosmoií, 1 0 0 mantenimiento del, 212 de arcos rígidos, 96 monolítico, 218 de armaduras de techo, 1 4 7 plá sti co, 21 0 de cabezales, 79 pr ep ara ció n de i, 21 0, 22 5, 226 de cabezales de acero. 166 relación agua/cemento, 206 de cabezales de madera, 63, 69 resistencia, 2 1 3 de colocación de los pernos de anclaje, revenimiento, 212 136 revestimiento de tiros. 22 1 de cuñas (calces) de madero. 67

ejemplo numérico de diseño, 149 astática de las, 148 pr in ci pi os , 146 Articulados: arcos, 100 cabezales, 153,161 Avances d e los ade mes de ias frentus Iar„aSi

en ¡os pernos de techo tipo expansivo, i 13

fucrzaide ejemplo numérico, J 33 Agregados:

277

Area fallada: frente larga, 1 4 4 pe rn os de an cla je, 14 6 Armaduras: anclaje, 150 dimensiones, 151, 152 diseño, 147

Canteras para m ateriales de relleno, 244 Capacidad de anclaje: de armaduras de techo, 150 de pernos con concha de expansión. 1 i 7 de pernos con resina, 124 de pernos de ranura y cuña, 1 1 5 Capacidad de suporte o de carga: de los ademes'‘caminantes", ¡78 ¡84 185,18 7,189 . ’ de los pernos de anclaje, 1 3 2

Características del riel, 94 Características ingeníenles: de la madera, 24 dei acero, 8 6 , 102 del concreto, 206 Características mecánicas del acero 56 Características: de las rocas, 52 do ¡as vigas H, 9] de ios elementos estructurales, S 9 de ¡os perfiles T-H, 94 de los pern os de anclaje. ¡ 2S del acero, 86 dei concreto, 205 del perfil Clement, 90, 94 del perfil de riel, 94 Carbono en el acoro, 87

278 ÍNDICE •«S'adctnus “ caminantes’': Elongación del acero, 88 . uchsídaii de carga, 177 Empernado de cámara y pilar, 141 instancia, 177 Empernado del techo en ¡a entrada de un pr esi ón de ee de nc ta, 177 túnel, 141 sistema alemán, 180 Esbeltez: sistema austríaco, 1S4 cantidad de postes laterales, 67 sistema francés, 185 relación de ¡a madera, 33 sistema norteamericano, 1 9 2 Escudo: sistema polaco, 187 de los ademes “caminantes", 1 7 1 tic los ademes de [a frente-larga, 79 de los cabezales, 155 d= ios postes laterales, marco del túnel, 65 Esfuerzo: de los refuerzos a ios marcos de ios análisis del arco rígido, 94 socavones, 72 deformación dei acoro, 86 de pernos anclaje. ¡31 pe rm isi bl e d ei ac er o, 90 de postes de fricción. 163 Esfuerzo cortante: de postes y cabezales, 162 er¡ la madera. 41 dá techos artificiales, 23J en las rocas, 52 del cabezal de la frente larga, 80 verificación, 64 del concreto, 225 Esfuerzo de compresión (aplastamiento) de del concreto lanzado, 227 la madera, 28 dei concreto para revestimiento de Uros. Esfuerzo de fie.xión: 22 9 de la madera, 34, del indomado de ¡os tiros, 232 üe las rocas, 52 del marco de madera de! túnel, 62 del acero, 87 del relk-no hidráulico. 257 Esfuerces permisibles: del revestimiento de los tiros. 229 en el acero, 90 dei tamaño óptimo, 78, 79 en la madera, 48 Distancia óptima de Jos cabezales. 79 Especificaciones; Dureza Brinncl del acero, 89 de la madera. 48 Dureza del acero. 89 del acero. 83 Especificaciones DIN: i; de vigas H, 21541, 91 del acero, 21544, 88 Economía de! relleno, 264 Estabilidad de ¡a roca con pernos. 13i Efecto de la humedad en ü m adera. 42 Estimación de .trens ceden tes, S10 Efecto del carbono en d ucx.fo_§3 Estructura de acero, Sfi Ejemplos numéricos de diseño: Estructura fibroma, 24 a l i a n z a ,™ ™ » * p e r n o s d o a n c la j e ¡19.134 J Iarmad uras del ¡cclio, 149 cabe.-:ik'< de madera en el túnel. 59 Fabrieación del concreto, 212 colocación de los pernos de anclaje, ¡ i 7 Factor concreto lan/adu. 223 de carga (EverlingJ, 53 frente ¡area con madera. 3 1 de eficiencia, en ios p ostes de fricción indomado del tiro. 232 163 instalación de perno-: de anclaje. L35 de expansión en la frente larga. 55 po ste s de fric ció n, 154 de fiambeo en ios marcos de madera, 67 , po ste s de ma der a en ci ¡tiñ e!, 70 pr ep ara ció n del co nc re to . 22 6 l'actor de eficiencia de los pestes, 163 relleno hidráulico, 253 FiiCtor de flam ¡ico, marco s de mad era. 67 revestimiento de concreto en los tiros. 1atiga de!a madera. 41 Fibras, 24

ÍNDICE

279

Fórmula de Graf, 207 Fórmula de presión de Evcrlins, 53 Fórmula de presión de Protodyakonov, 49 Franja de relleno, 245, 247 Frente sin postes, ¡53 Frentes largas: ademes de acero, 153 diseño del cabezal de acero, 165 diseño de! cabezal de madera, 73 diseño del poste de acero, 162 diseño dei poste de ma dera, 81 pe rn os de an cla je. 141 Fuen te de materiales para relleno. 243 G Gastos hidráulicos de ¡os ademes “caminantes’', ¡75, 176 Granulometria: de los agregados, 208 dei concreto, 212 dei concreto lanzado, 218 “Gunita'’. 215

H Hidráulica: cuña. ¡68 diseño del relleno. 25S pé rd ida s de car ga , 264 po ste s, 15 4, ¡5 9 relleno, 253 suministro de energía. 176 velocidad en tica. 262 Hinchazón dei piso, colocación de pernos ' 142

I Importancia de! concreto, 2 0 1 Instalaciones: de ios ademes “caminantes". 200 de pernos de anclaje coo resina, í 24

L Lignina, 24 Límite clástico de! acero, 3S Longitud d e los pernos de anclaje. 134

M Madera: 31 capas de la edad. 25 • características ingeníenles de la. 24 clases. 48

como material, 23 contenido de humedad. 3 2 defectos de la. 26 defectos naturales, 26 desventajas de la, 24 diseño de ademes, 61. S2 efectos de ía fatiga en la, 42 efectos de la veta (grano). 30 efectos de los nudos, 33 esfuerzo de seguridad, 42 esfuerzo permisible en 1a. 43, 47 estructura m acroscópica. 24 factor de perfección de la. 37 fibras de la, 24 indicaciones auditiva? de la. 35 nudos y grietas. 26 per no s d e anc laje , 127 pro pie dad es mec áni cas de Ja. 44 resistencia al aplastamiento (compresión) 28 resistencia a] esfuerzo cortante, 43 resistencia ai fiambeo, 33 resistencia a la compresión. 3 1 resistencia a la flexión, 34 resistencia a la tensión, 26 resistencia a la torsión, 46 tipos de ruptura de la. 3S valores numéricos de la resistencia. 4 1 ventajas ds ¡a, 23 Máquina de corte y carg3 (píña), 155 Máquinas p3ra relleno neumático, 249 Marco tipo de ios ademes. 16 7 Material: cementante, 25ó de la madera. 25 de relleno. 242 el acero como, 35 Material consolidado: relleno, 255 resistencia. 257 Minas metálicas, colocación de pernos áe anclaje, ¡44 Módulo de elasticidad del acero. S9 Módulo de sección de visas. 90 Módulo de Ycung de las rocas. 52 Momentos de inercia de las vigas. 90 Momentos en arcos rígidos, ¡00

N -Neumático: relleno. 250 tubos para conducir el relleno. 250

278 ÍNDICE •«S'adctnus “ caminantes’': Elongación del acero, 88 . uchsídaii de carga, 177 Empernado de cámara y pilar, 141 instancia, 177 Empernado del techo en ¡a entrada de un pr esi ón de ee de nc ta, 177 túnel, 141 sistema alemán, 180 Esbeltez: sistema austríaco, 1S4 cantidad de postes laterales, 67 sistema francés, 185 relación de ¡a madera, 33 sistema norteamericano, 1 9 2 Escudo: sistema polaco, 187 de los ademes “caminantes", 1 7 1 tic los ademes de [a frente-larga, 79 de los cabezales, 155 d= ios postes laterales, marco del túnel, 65 Esfuerzo: de los refuerzos a ios marcos de ios análisis del arco rígido, 94 socavones, 72 deformación dei acoro, 86 de pernos anclaje. ¡31 pe rm isi bl e d ei ac er o, 90 de postes de fricción. 163 Esfuerzo cortante: de postes y cabezales, 162 er¡ la madera. 41 dá techos artificiales, 23J en las rocas, 52 del cabezal de la frente larga, 80 verificación, 64 del concreto, 225 Esfuerzo de compresión (aplastamiento) de del concreto lanzado, 227 la madera, 28 dei concreto para revestimiento de Uros. Esfuerzo de fie.xión: 22 9 de la madera, 34, del indomado de ¡os tiros, 232 üe las rocas, 52 del marco de madera de! túnel, 62 del acero, 87 del relk-no hidráulico. 257 Esfuerces permisibles: del revestimiento de los tiros. 229 en el acero, 90 dei tamaño óptimo, 78, 79 en la madera, 48 Distancia óptima de Jos cabezales. 79 Especificaciones; Dureza Brinncl del acero, 89 de la madera. 48 Dureza del acero. 89 del acero. 83 Especificaciones DIN: i; de vigas H, 21541, 91 del acero, 21544, 88 Economía de! relleno, 264 Estabilidad de ¡a roca con pernos. 13i Efecto de la humedad en ü m adera. 42 Estimación de .trens ceden tes, S10 Efecto del carbono en d ucx.fo_§3 Estructura de acero, Sfi Ejemplos numéricos de diseño: Estructura fibroma, 24 a l i a n z a ,™ ™ » * p e r n o s d o a n c la j e ¡19.134 J Iarmad uras del ¡cclio, 149 cabe.-:ik'< de madera en el túnel. 59 Fabrieación del concreto, 212 colocación de los pernos de anclaje, ¡ i 7 Factor concreto lan/adu. 223 de carga (EverlingJ, 53 frente ¡area con madera. 3 1 de eficiencia, en ios p ostes de fricción indomado del tiro. 232 163 instalación de perno-: de anclaje. L35 de expansión en la frente larga. 55 po ste s de fric ció n, 154 de fiambeo en ios marcos de madera, 67 , po ste s de ma der a en ci ¡tiñ e!, 70 pr ep ara ció n del co nc re to . 22 6 relleno hidráulico, 253 revestimiento de concreto en los tiros.

l'actor de eficiencia de los pestes, 163 FiiCtor de flam ¡ico, marco s de mad era. 67 1atiga de!a madera. 41 Fibras, 24

ÍNDICE No rm as; del cemento: br itá ni cas , 23 4. estadounidenses, 236 del concreto: br itá ni ca s, 21 4 estadounidenses, 214 turcas, 213 vigas H-DIN 2254 1, SI vigas I americanas, 92 N or ma s br itá ni cas : del cemento. 234 dei concreto, 2 1 3 N or ma s es tad ou ni de ns es: de acero, 89 de las vigas I, 92 del concreto, 214, 236 No rm as tu rc as pa ra ei co nc ret o, 2i 3 Nú me ro de Po isso n pa ra ro cas , 52 P i atas de los ademes “camin antes”, 1 7 5 , j76 Patín para ademe “caminante" 175 Pecíina, 24

Penetración en el piso: marcos de madera para túnel, 71 po st es de fri cci ón , 1 6 5 Penetración en el suelo, 71 Perdidas de carga, relleno hidráulico 264 Perfil Ciernen t, 90, 94

Perfiles Toussaint-Heinzmann 93

Perfiles: de las vigas de acero, 90 de los postes de fricción, 1 6 1 Peso de las vigas de acero, 90 Peso unitario de las vigas de acero. 89 Pernos de anclaje: a f i a n z am i e n t o , U S anclaje;

,

con concha de expansión, 1 17 con ranura y cuna, 1 1 6 ejemplos numéricos, 226 aplicación, 139 capacidad de soporte de los, 132 capacidades de anclaje, 130 del tipo de madera, 227 del tipo de ranura y cuna, 1 1 5 diámetro , 13.5 diseño de Jos, 132 ejempio numérico, 136 estabilidad de los, 1 3 1

ÍNDICE

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Fórmula de Graf, 207 Fórmula de presión de Evcrlins, 53 Fórmula de presión de Protodyakonov, 49 Franja de relleno, 245, 247 Frente sin postes, ¡53 Frentes largas: ademes de acero, 153 diseño del cabezal de acero, 165 diseño de! cabezal de madera, 73 diseño del poste de acero, 162 diseño dei poste de ma dera, 81 pe rn os de an cla je. 141 Fuen te de materiales para relleno. 243 G Gastos hidráulicos de ¡os ademes “caminantes’', ¡75, 176 Granulometria: de los agregados, 208 dei concreto, 212 dei concreto lanzado, 218 “Gunita'’. 215

H Hidráulica: cuña. ¡68 diseño del relleno. 25S pé rd ida s de car ga , 264 po ste s, 15 4, ¡5 9 relleno, 253 suministro de energía. 176 velocidad en tica. 262 Hinchazón dei piso, colocación de pernos ' 142

I Importancia de! concreto, 2 0 1 Instalaciones: de ios ademes “caminantes". 200 de pernos de anclaje coo resina, í 24

L Lignina, 24 Límite clástico de! acero, 3S Longitud d e los pernos de anclaje. 134

M

como material, 23 contenido de humedad. 3 2 defectos de la. 26 defectos naturales, 26 desventajas de la, 24 diseño de ademes, 61. S2 efectos de ía fatiga en la, 42 efectos de la veta (grano). 30 efectos de los nudos, 33 esfuerzo de seguridad, 42 esfuerzo permisible en 1a. 43, 47 estructura m acroscópica. 24 factor de perfección de la. 37 fibras de la, 24 indicaciones auditiva? de la. 35 nudos y grietas. 26 per no s d e anc laje , 127 pro pie dad es mec áni cas de Ja. 44 resistencia al aplastamiento (compresión) 28 resistencia a] esfuerzo cortante, 43 resistencia ai fiambeo, 33 resistencia a la compresión. 3 1 resistencia a la flexión, 34 resistencia a la tensión, 26 resistencia a la torsión, 46 tipos de ruptura de la. 3S valores numéricos de la resistencia. 4 1 ventajas ds ¡a, 23 Máquina de corte y carg3 (píña), 155 Máquinas p3ra relleno neumático, 249 Marco tipo de ios ademes. 16 7 Material: cementante, 25ó de la madera. 25 de relleno. 242 el acero como, 35 Material consolidado: relleno, 255 resistencia. 257 Minas metálicas, colocación de pernos áe anclaje, ¡44 Módulo de elasticidad del acero. S9 Módulo de sección de visas. 90 Módulo de Ycung de las rocas. 52 Momentos de inercia de las vigas. 90 Momentos en arcos rígidos, ¡00

N

Madera: 31 capas de la edad. 25 • características ingeníenles de la. 24 clases. 48

-Neumático: relleno. 250 tubos para conducir el relleno. 250

ÍNDICE 281

labores de cámara y pilar, 141 pa ra est ill ad ur as de pi ed ra , 144 • p a ra fa ll as , 1 45 p ar a fre nt es larg as, 14 1, 143 pa ra hin ch azó n de l pi so , 14 2 Para minas metálicas, 144 pri nc ip ios , 11 3 Prueba de ios, 128 rebajes de corte y relleno, 145 ' relaciones de caiga extensión, 129 separación entre los, 134 tipo con concha de expansión, 2 1 7 > t ip o c on le ch ad a d e c e m en to , 1 20 tipo de resina, 122 variedades de, 1 1 5 ventajas de ios, 246 Pilotes de desechó,'244 Piso: hinchazón, empernado, 242 pe ne tra ci ón , 72 , 16 4 Placas de apoyo de los postes, ¡56 Plataforma móvil, revestimiento d e tiros, 2 2 1 Porosidad de las rocas, 52 Poste de fricción: con carga instantánea, 1 5 7 curva característica, 15S de hundimiento lento, 1 5 7 descripción, 154 eficiencia de Jos postes. 163 ejempio numérico, ¡63 pe ne tra ció n en el p iso , 1 6 4 per fil es, 159 piu cas de ap oy o, 157 , sistemas de seguridad, 158 tipo de hundimiento lento, 147 Postes hidráulicos para ei laboreo ISO Postes: cara libre, 153 de fricción, 155 densidad de ios, 1 6 3 ejemplo numérico de diseño, 1 6 3 hidráulico, 155 y cabezal de frente, 192 Preparación del concreto, 2 2 5 Presión de cadencia de los ademes mecanizados, 177 Presión de la válvula de cadencia 175 Presión: en las frentes largas, 54 en los ademes de madera, 48, 6 1 en los túneles de acceso, 43 , 5 3 pas os pa ra el c álc ulo , 49

Principio: de la colocación de pernos de anclaje, 1 1 3 de las armaduras d e techo', 146 de ios ademes “caminantes”, 166 de los arcos ceden tes, 107 dsi poste de fricción, Ú 5 del poste hidráulico, 159

Propiedades de ¡a madera, 44 • Propiedades mecánicas de las resinas, 123 Proporcionamiento del concreto, 203 Prueba de los pernos de anclaje, 128

R R e b a j es d e c o r t e y r e l le n a , c o n p e r n o s d e anclaje, 145 Refuerzos a: marcos de los túneles, 72 Relación: agua/cemento, 206 de Rankin, 94 Reiieno: a mano, 247 consolidado, 255 desventajas del, 245 diseño hidráulico, 257 economía, 264 ejemplo numérico de diseño, 259 gravedad, 247 hidráulico, 253' importancia dei, 241 máquinas para, 249 materiales de, 242 mecánico, 249 neumático, 250 sistemas, 247 ventajas del, 244 Resina: anclaje de pernos con , 128 pe rn os de an cla je, 12 2 ’ pr op ied ad es me cán ica s d e la, 12 4 tiempo de fi agua do de la, 122 Resistencia al flambeo de Ja madera, 33 Resistencia a ía tensión: en el acero. 83 en la madera, 26 en las rocas, 52 en ios ceñios de anclaje, 12S Resistencia: de ¡as rocas, 32 de trabajo dei acero, 89 dei concreto, 213 dei relleno consolidado. 2 57 máxima dei acero. 37

Revenimiento del concreto, 212 Rocas: características físicas, 52 resistencias de las, 52

S Separación entre los pernos de anciaie 1 3 4 Servocuña, 157 Sistema alemán para el diseño de ads nes “caminantes”, ISO Sistema austríaco para ademes, mecanizados, 184 ’ Sistema francés, para el diseño de ademas “caminantes”, 185 Sistema inglés de diseño de ademes “caminantes", 1 8 0 Sistema polaco para el diseño de ademe* “caminantes", 185 Sistema de control, ademes '‘caminantes” 176 Sistemas de seguridad de los postes de fricción, 15S

Sistemas norteamericanos para ademes me canizados, 192 Tamaño óptimo de los cabezales, 79 Techo artiflcaJ: concreto, 225 diseño, 233 Techo: condiciones dei, 1 90 falso, 54 índices para ademes ‘’caminantes”, 189,192 inmediato. 54 pr esi ón , 53 Tiempo de fraguado: de las resinas, 123 del concreto, 209 Tiro: diseño de! indentado, 232 diseño dei revestimiento, 221 ejemplo nume'rico dei diseño, 232 Trabajo de los arcos cedentes, 107 Transportador da arrastre, 155 Transporte del concreto, 212 Tubería-para el concreto, 212 Tubería para ei relleno neumático, 250

ü Uso: de concreto ín las minas, 215

ÍNDICE No rm as; del cemento: br itá ni cas , 23 4. estadounidenses, 236 del concreto: br itá ni ca s, 21 4 estadounidenses, 214 turcas, 213 vigas H-DIN 2254 1, SI vigas I americanas, 92 N or ma s br itá ni cas : del cemento. 234 dei concreto, 2 1 3 N or ma s es tad ou ni de ns es: de acero, 89 de las vigas I, 92 del concreto, 214, 236 No rm as tu rc as pa ra ei co nc ret o, 2i 3 Nú me ro de Po isso n pa ra ro cas , 52

281 labores de cámara y pilar, 141 pa ra est ill ad ur as de pi ed ra , 144 • p a ra fa ll as , 1 45 p ar a fre nt es larg as, 14 1, 143 pa ra hin ch azó n de l pi so , 14 2 Para minas metálicas, 144 pri nc ip ios , 11 3 Prueba de ios, 128 rebajes de corte y relleno, 145 ' relaciones de caiga extensión, 129 separación entre los, 134 tipo con concha de expansión, 2 1 7 > t ip o c on le ch ad a d e c e m en to , 1 20 tipo de resina, 122 variedades de, 1 1 5 ventajas de ios, 246 Pilotes de desechó,'244 Piso:

i atas de los ademes “camin antes”, 1 7 5 , j76 Patín para ademe “caminante" 175 Pecíina, 24

Penetración en el piso: marcos de madera para túnel, 71 po st es de fri cci ón , 1 6 5 Penetración en el suelo, 71 Perdidas de carga, relleno hidráulico 264 Perfil Ciernen t, 90, 94

Perfiles Toussaint-Heinzmann 93

Perfiles: de las vigas de acero, 90 de los postes de fricción, 1 6 1 Peso de las vigas de acero, 90 Peso unitario de las vigas de acero. 89 Pernos de anclaje: a f i a n z am i e n t o , U S anclaje;

,

Principio: de la colocación de pernos de anclaje, 1 1 3 de las armaduras d e techo', 146 de ios ademes “caminantes”, 166 de los arcos ceden tes, 107 dsi poste de fricción, Ú 5 del poste hidráulico, 159

Propiedades de ¡a madera, 44 • Propiedades mecánicas de las resinas, 123 Proporcionamiento del concreto, 203 Prueba de los pernos de anclaje, 128

R R e b a j es d e c o r t e y r e l le n a , c o n p e r n o s d e anclaje, 145 Refuerzos a: marcos de los túneles, 72 Relación: agua/cemento, 206 de Rankin, 94 Reiieno: a mano, 247 consolidado, 255 desventajas del, 245 diseño hidráulico, 257 economía, 264 ejemplo numérico de diseño, 259 gravedad, 247 hidráulico, 253' importancia dei, 241 máquinas para, 249 materiales de, 242 mecánico, 249 neumático, 250 sistemas, 247 ventajas del, 244 Resina: anclaje de pernos con , 128 pe rn os de an cla je, 12 2 ’ pr op ied ad es me cán ica s d e la, 12 4 tiempo de fi agua do de la, 122 Resistencia al flambeo de Ja madera, 33 Resistencia a ía tensión: en el acero. 83 en la madera, 26 en las rocas, 52 en ios ceñios de anclaje, 12S Resistencia: de ¡as rocas, 32 de trabajo dei acero, 89 dei concreto, 213 dei relleno consolidado. 2 57 máxima dei acero. 37

hinchazón, empernado, 242 pe ne tra ci ón , 72 , 16 4 Placas de apoyo de los postes, ¡56 Plataforma móvil, revestimiento d e tiros, 2 2 1 Porosidad de las rocas, 52 Poste de fricción: con carga instantánea, 1 5 7 curva característica, 15S de hundimiento lento, 1 5 7 descripción, 154 eficiencia de Jos postes. 163 ejempio numérico, ¡63 pe ne tra ció n en el p iso , 1 6 4 per fil es, 159 piu cas de ap oy o, 157

P

con concha de expansión, 1 17 con ranura y cuna, 1 1 6 ejemplos numéricos, 226 aplicación, 139 capacidad de soporte de los, 132 capacidades de anclaje, 130 del tipo de madera, 227 del tipo de ranura y cuna, 1 1 5 diámetro , 13.5 diseño de Jos, 132 ejempio numérico, 136 estabilidad de los, 1 3 1

ÍNDICE

, sistemas de seguridad, 158 tipo de hundimiento lento, 147 Postes hidráulicos para ei laboreo ISO Postes: cara libre, 153 de fricción, 155 densidad de ios, 1 6 3 ejemplo numérico de diseño, 1 6 3 hidráulico, 155 y cabezal de frente, 192 Preparación del concreto, 2 2 5 Presión de cadencia de los ademes mecanizados, 177 Presión de la válvula de cadencia 175 Presión: en las frentes largas, 54 en los ademes de madera, 48, 6 1 en los túneles de acceso, 43 , 5 3 pas os pa ra el c álc ulo , 49

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Revenimiento del concreto, 212 Rocas: características físicas, 52 resistencias de las, 52

S Separación entre los pernos de anciaie 1 3 4 Servocuña, 157 Sistema alemán para el diseño de ads nes “caminantes”, ISO Sistema austríaco para ademes, mecanizados, 184 ’ Sistema francés, para el diseño de ademas “caminantes”, 185 Sistema inglés de diseño de ademes “caminantes", 1 8 0 Sistema polaco para el diseño de ademe* “caminantes", 185 Sistema de control, ademes '‘caminantes” 176 Sistemas de seguridad de los postes de fricción, 15S

Sistemas norteamericanos para ademes me canizados, 192 Tamaño óptimo de los cabezales, 79 Techo artiflcaJ: concreto, 225 diseño, 233 Techo: condiciones dei, 1 90 falso, 54 índices para ademes ‘’caminantes”, 189,192 inmediato. 54 pr esi ón , 53 Tiempo de fraguado: de las resinas, 123 del concreto, 209 Tiro: diseño de! indentado, 232 diseño dei revestimiento, 221 ejemplo nume'rico dei diseño, 232 Trabajo de los arcos cedentes, 107 Transportador da arrastre, 155 Transporte del concreto, 212 Tubería-para el concreto, 212 Tubería para ei relleno neumático, 250

ü Uso: de concreto ín las minas, 215

ÍNDICE

de los ademes cam inantes, 197. de los pernos de anclaje, 139 V Variedades de pernos de anclaje, 1 1 5

Velocidad crítica en ci relleno hidráulico, 259 Ventajas: de los ademes ‘'caminantes”, 195 de ios pernos d e anclaje, 146 del concreto, 2 0 1 de¡ relleno, 244

ESTA 08R A SS TERM INO DE IMPRIMIR EL OiA 20 OE MAYO OS 1987 ' EN LOS TALLERES DE IMPRESIONES EDITORIALES, S. A LAGO CHALCO230, COL. ANAHUAC MEXICO, D. F. LA EDICION CONSTA D£2,OCO EJEMPLARES Y SOBRANTES PARA REPOSICION 51 8

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de los ademes cam inantes, 197. de los pernos de anclaje, 139 V Variedades de pernos de anclaje, 1 1 5

Velocidad crítica en ci relleno hidráulico, 259 Ventajas: de los ademes ‘'caminantes”, 195 de ios pernos d e anclaje, 146 del concreto, 2 0 1 de¡ relleno, 244

ESTA 08R A SS TERM INO DE IMPRIMIR EL OiA 20 OE MAYO OS 1987 ' EN LOS TALLERES DE IMPRESIONES EDITORIALES, S. A LAGO CHALCO230, COL. ANAHUAC MEXICO, D. F. LA EDICION CONSTA D£2,OCO EJEMPLARES Y SOBRANTES PARA REPOSICION 51 8

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