MEMORIA DE CÁLCULO DE TAPÓN
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1. NORMAS APLICABLES Para los criterios, análisis, cálculos, diseños, procedimientos y especidicaciones se tomaran como referencia las siguientes Normas (teniendo como prioridad las Normas y Reglamentos Nacionales) • Reglamento Nacional de Construcción. • Guía para el Diseño de Tapones para el Cierre de Labores Mineras. • Norma Técnica Sismorresistente E-030 • Norma Técnica de Concreto E-060 • Norma Técnica de Suelos E-050 En todos los casos, se usan las normas correspondientes a su última versión vigente y teniendo siempre presente que las exigencias de la Norma se consideran mínimas, por lo que serán completadas si fuera necesario. En el caso de las guías se debe tener presente las sugerencias de diseño y tecnologías que se indican, pero de ninguna manera impiden que el proponente formule propuestas alternativas. 2. CRITERIOS DE CIERRE • Proteger las aberturas de la mina subterranéa del ingreso de flujos de cobertura debido a la falla de un pilar de corona. • Sellar las obras abandonadas para prevenir el ingreso de agua. • Prevenir y/o remediar la generación de aguas ácidas. • Prevenir el riesgo potencial de accidentes para personas y animales. • Disminuir o eliminar el impacto visual que se ha causado al paisaje. A. Tipos Estado Bocaminas Humedas
Bocaminas Secas
Carga Hidraúlica metros de H2O Alta 101 - >
Método Hermético (Tapón)
Baja 10 -100
Método de Bloqueo de Aire
Nula
Método Hermético (Tapón)
0
Método de Cierre
Método Temporal B. Parámetros de Resistencia en Macizos Rocosos B.1. SISTEMA RMR76 (BIENIAWSKI 1976)
Estructuras Sección compuesta - Indentado Cilindro de concreto con acceso Cilindro de concreto y acero Cuña de concreto y monolítico Indentados Muros de rebose Muro de concreto y dren Acumulación de desmonte y dren Muro de concreto Acumulación de desmonte (min.10m) Colocación de rejas
Condición
Tipo
Permanente Permanente Permanente Permanente Permanente Permanente Permanente Permanente Permanente Permanente Temporal
I.1 I.2 I.3 I.4 I.5 I.6 I.7 I.8 II.1 II.2 II.3
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B.1.A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS CATEGORIZACIONES PARAMETRO RANGO DE VALORES 1 Resistencia ïndice de Carga > 8 MPa del material Puntual de roca intacta Resistencia a la >200 MPa Compresión CATEGORIZACIÓN 15 2 Calidad de testigo - RQD 90-100% CATEGORIZACIÓN 20 3 Espaciamiento de juntas > 3m CATEGORIZACIÓN 30 4 a. Persistencia de las discontinuidades Rango de valores <1 Puntaje 6 b. Separación (apertura) Rango de valores Ninguno Puntaje 6 c. Rugosidad Rango de valores Muy rugosa VR Puntaje 6 d. Relleno Rango de valores Ninguno Puntaje 6 e. Meteorización Rango de valores No intemperizada UW Puntaje 6 5 Agua Flujo por túnel de Ninguno Subterranea 10m de longitud Condiciones Completamente Generales Seco CD CATEGORIZACIÓN 10
4 -8 MPa
2-4 MPa
1-2 MPa
100-200 MPa
50-100 MPa
25-50 MPa
12 75-90% 17 1-3 m 25
7 50-75% 13 0.3-1 m 20
4 25-50% 8 0.05-0.3 m 10
1-3 4
3-10 2
10-20 1
>20 0
<0.1 5
0.1-1 4
1-5 1
>5 0
Rugosa R 5
Ligeramente Rugosa SR 3
Lisa L 1
Duro<5 4
Duro>5 2
Blando<5 2
Ligeramente SW 5
Para este rango bajo es preferible el Ensayo UCS 10-25 3-10 1-3 2
1
0
<25% 3 <0.05 m 5
Superficie Pulida SK 0 Blando >5 0
Moderadamente Altamente MW HW 3 1 <25 L/min 25-125 L/min
Completamente CW 0 >25 L/min
Solo húmedo (agua intesticial) DM 7
Agua bajo presión moderado DP 4
Problemas severos de agua FW 0
Desfavorable UF -10 -15 -50
Muy desfavorable VU -12 -25 -60
B.1.B. AJUSTES DE CATEGORIZACIÓN PARA ORIENTACIONES DE JUNTAS Orientación de juntas
CATEGORIZACIÓN
Muy favorables VF Túneles 0 Cimentaciones 0 Taludes 0
Favorables FV -2 -2 -5
Regular FR -5 -7 -25
B.1.C. CLASES DE MACIZO ROCOSO DETERMINADOS DE LAS CATEGORIZACIONES TOTALES CATEGORIZACIÓN Número de Clases Descripción
100-81
80-61
60-41
40-21
<20
I Roca muy buena
II Roca buena
III Roca regular
IV Roca pobre
V Roca muy pobre
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B.1.D. SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE MACIZO ROCOSO Número de Clases Average stand-up time Cohesión del macizo rocoso Ángulo de fricción del macizo rocoso
I 10 años/tramo 5m >300 kPa >45°
II III IV V 6 meses/tramo 4m 1semana/tramo 3m 5 horas/tramo 1.5m 10 minutos/tramo 0.5m 200-300 kPa 150-200 kPa 100-150 kPa <100 kPa 40-45° 35-40° 30-35° <30°
B.1.E. EFECTO DE LAS ORIENTACIONES DE LAS JUNTAS EN LOS TÚNELES Orientación perpendicular para el eje de túnel Conducción con inclinación Conducción contra la inclinación Inclinación 45-90° Inclinación 20-45° Inclinación 45-90° Inclinación 20-45° Muy favorable Favorable Regular Desfavorable
Orientación paralela al eje del túnel Inclinación 45-90° Inclinación 20-45° Muy desfavorable Regular
Inclinación 0-20° sin considerar la orientación Desfavorable
B.2. SISTEMA GSI (HOEK&BROWN 1997) El GSI esta relacionado con los sistemas RMR´y Q´, con sus respectivas consideraciones. Para: Para: Para: Para:
RMR76´ > 18 RMR76´ < 18 RMR89´> 23 RMR89´< 23
→ → → →
GSI = RMR76´ GSI = 9LogQ´+44 GSI = RMR89´-5 GSI = F(Q)
siendo
Q´≥0.0208
B.3. SISTEMA Q (BARTON 1974) El sistema Q considera los índices de designación de la calidad de roca RQD, índice de influencia del número de familias de las discontinuidades (Jn), índice de influencia de la rugosidad de las paredes de las discontinuidades (Jr), índice de influencia de la alteración de las paredes de las discontinuidades (Ja), índice de influencia de la acción del agua subterránea (Jw), e índice de influencia del estado de tenciones en el macizo en el contorno de la cavidad (SRF) Q = RQD x Jr x Jw Jn
Ja
SRF
C.1. Clasificación de Bocaminas Drenaje Dimensiones (m) Clasificación Carga de Carga Agua (m) Hidraúlica Ancho Altura Prof. Q (l/s) pH Tipo Estado Método de Cierre B-01 2.60 2.80 93.3 250 30.00 7.00 Neutra 252.80 Bocamina Humeda Método Hermético (Tapón) I: Ingresa agua superficial a la bocamina. F: Infiltraciones en las paredes de la bocamina, sin flujo. E: Agua estancado, sin flujo. ND: No determinado.
Item Código 1
C.2 Cálculo de Parametros de Resistencia en Macizos Rocosos Item Código 1
B-01
Parámetros de Clasificación y sus categorizaciones A1 A2 A3 A4.a A4.b A4.c A4.d A4.e 79.00 13.00 0.1 20.00 4.00 SR 2 MW
A5 DP
Ajuste RMR B Ajustado FV 48
Clase B III
Cohesión kPa 168.42
Ø 36.84
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3. CÁLCULOS Características del macizo rocoso: Tipo de roca: Regular RMR = Peso específico de la roca g = Cohesión del macizo rocoso c = Ángulo de fricción Ø = Capacidad admisible de la roca qadm = Adherencia con el concreto τ =
48 2.48 1.7 36.8 379.7 15.3
kg/m3 kg/cm2 ° kg/cm2 kg/cm2
Macizo rocoso z Relleno
g rellenno c rellenno Ø rellenno
Dimensiones de la bocamina: Altura de la bocamina H = Ancho de la bocamina B = Recomendado: z = Distancia de emplazamiento del tapón Empotramiento de anclaje en la roca
2.80 2.60 0.50
m m m
Distancia de instalación del anclaje
f´m gg
Muro
t
Características del muro de mamposteria: Resistencia a la compresión del f´mmuro = Peso específico de la mamposteria g =
60 1500
Características del material de relleno:
kg/cm2 kg/m3
H
Bocamina
Usar material de desmonte.
Peso específico del material deg relleno = 1900 Cohesión del material de relleno c = 0.0012 Ángulo de fricción del materialØde relleno = 26.0
kg/m3 Mpa °
B
4. PREDIMENSIONAMIENTO DEL MURO Espesor mínimo: El espesor mínimo de las losas sin vigas interiores que se extiendan entre los apoyos y que tienen una relación entre lados no mayor que 2, debe estar de acuerdo con lo requerido en la Tabla 9.3 del E.060 del reglamento nacional de edificaciones y no debe ser inferior a 125 mm <> 0.125 m.
Para elementos con refuerzo en dos direcciones, el espesor mínimo será
h
ln 36
=
0.08 m <>
8.00 cm
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Asimismo el espesor asiganado deberá ser capaz de resisir las presiones hidráulicas generadas cuando eventualmente la estructura se encuentre obstruido y no permita el paso del agua.
H= h= s1= s2=
Hh
152.00 149.20 152.00 149.20
m m tn/m² tn/m²
Tapón Proyectado
Vu Vc 0.53 ƒ 'c b d
g
La cortante Última a la que esta sometida la pantalla del muro es: Por lo tanto, el muro necesita un espesor mínimo para soportar este corte El corte máximo admisible será: Asimismo, el esfuerzo máximo admisible:
Vu = d = Vmax = smax =
516.15 tn 2.98 m 688.21 tn 168.08 tn/m²
Empuje del material de relleno: Considerando que el muro está en reposo y no se permite que se mueva, ya sea alejandose del relleno o adentrándose en ella (es decir, deformación horizontal nula), la presión lateral a una profundidad z, se puede calcular:
sh Ko (qgH)
=
3044.03 kg/m2/m
=
11284.70 kg
kg/m2/m
, ,
La fuerza aplicada sobre el muro, se puede calcular:
1 Po Ko.(q.H gH2 )B 2 Donde: Ko q
= =
0.56 100.00
Coeficiente de presión de tierras Sobrecarga sobre el relleno
5. VERIFICACIÓN DE LOS ESUERZOS 5.1 Diagrama de esfuerzos: σ1
+ Ko g H
Ko q
σ2
σ2 =
σ3 σcomb.
:
150.60
tn/m²
<
168.08
tn/m²
ok
151
tn/m²
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5.2 Capacidad de carga admisible: Según la Norma E-050, item 3.3, el FS para cargas estáticas es 3. Donde: Donde: qadm qactuante
= =
FS =
379.71 150.60
Kg/cm2 Kg/cm2
<
qadm
OK
688.21 516.15
tn tn
<
Vm
OK
qu qadm
5.3 Verificación por corte: Donde: Vm = Vactuante =
6. ANCLAJE EN ROCA Según la Guía para el Diseño de Tapones para el Cierre de Labores Mineras, item D4.17, el anclaje en roca se puede calcular: (H B) (H B)2 4HB h
Vactuante Vm
5.40 = 0.87
7.28 m
2
RESUMEN: Usar:
Sección:
2.8m x 2.6m
Espesor (t):
2.98 m
Anclaje (z):
0.90 m
7. CUADRO RESUMEN En la siguiente tabla se presenta un resumen de los parámetros obtenidos:
Item Bocamina 1
B-01
Dimensiones H B t m m m 2.60 2.80 2.98
g kg/m3 2.48
Macizo Rocoso qadm c Ø kg/cm2 ° kg/cm2 1.7 36.8 379.71
Esfuerzos Admisibles qadm τ Vm kg/cm2 kg/cm2 Tn 15.3 16.81 688.21
Anclaje z m .90
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8. SECCIÓN DE TUBERÍA El flujo de agua al interior de la bocamina hallado fue30 de l/s , hallándose para este caudal el diám. de la tubería mediante la siguientes expresiones:
………………. (1)
………………. (2) ………………. (3)
………………. (4)
………………. (5)
………………. (6)
…………….. (7) ; proviene de despejar la fórmula (5) y reemplazar (1), (3)
Donde : Q= n= S= Ө= r= D= A= V= y=
Caudal a evacuar por el tubo parcialmente lleno Coeficiente de manning Pendiente de tubo ó tubería Ángulo de diseño en tubería, en las formulas se reemplazará con las unidades en radianes. Radio interno de tubería (diseño) (2*r) Diámetro interno de tubería Área de tubo parcialmente lleno Velocidad del fluido Tirante en tubería
Para Para laeste siguiente predimencionamiento estructura se procedio Las selaemplean solicitaciones Lasa solicitaciones modelar las últimas enLas elLas últimas en etabs, solicitaciones factoradas servicio, solicitaciones primero factoradas como estan dadas dadas se procedio estan proporcionadas considera en en proporcionadas servicio servicio a colocar sismo estan por estan las aproporcionadas ellallena por propiedades Etabs proporcionadas capacidad elaEtabs vun8.2.7 portante vde8.2.7 por los por elmateriales Etabs el delEtabs suelo v 8.2.7 vse es 8.2.7 decir le puede se modelo Para determinar el diámetro de tubería se cargas recomienda trabajar asetubería parcialmente 75% del diámetro interno:
Entonces:
y = 0.75*D
Ө =
El diámetro de la tubería obtenida es:
240 °
n=
0.010
Tubería lisa
7.14 pulg. empleándose un diámetro nominal mínimo de:
S=
0.010
8.00 pulg.
