MANUAL DE ENTRENAMIENTO MINERO - V - FORTIFICACION BASICA

Servicio Nacional de Geología y Técnico de Minas – SERGEOTECMIN Proyecto Proyecto “Capacitación de Mineros en Escuela Minera de Chiripujio”

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MANUAL DE ENTRENAMIENTO MINERO – FORTIFICACIÓN I SECCI Ó N V

ASP EC TOS GENERA L ES

1. ASPE ASPECTOS CTOS GE GENERALE NERALESS La fortificación en labores mineras constituye una importante contribución a la seguridad en labores subterráneas. Por lo tanto, los encargados de esta importante labor minera tienen una gran resp onsabilidad onsabilidad y deben estar seguros seguros de que su trabajo este est e bien bien hecho. La fortificación en labores mineras tiene los siguientes objetivos básicos: v v v

Evitar derrumbes Proteg Prot eger er a los trabajadores, t rabajadores, equip equip os, herramientas y materiales materiales Evitar deformaciones de las labores subterráneas.

Paralelamente a las actividades anotadas anteriormente, los responsables de la fortificación tienen que realizar las siguientes actividades: v v v

Preparar Prep arar plataformas de trabajo Construir buzones Construir bodegas

La fortificación fortificación se la realiza en todas las labores mineras como: v v v v v

Galerías Chimeneas Preparación y explotación rajos Cuadros Lugares Lugares de acopio acop io de miner miner al o materia mat eriales les

2. CLASES ASES DE FORT FORTIFICAC IFICACION ION En la industria minera nacional se conocen las s igu igu ientes clases clases de fortificación: fortifi cación: v v v v v v v

Con pernos de anclaje Con p ernos de anclaj anclajee y malla olímp ica Con madera Con arcos metálicos Con hormigón armado Con mamp mamp ostería ost ería de piedra Con schotcre schot crete te

Edgar B. Alcalá - Arturo Beltrán Alfonso - Alfredo Alfredo Flores Corrales

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2.1 2.1

FORT FORTIFICA IFICACIÓ CIÓN N SUSPENDIDA)

CON

PE PERNOS

DE

ANCLA ANCLAJE JE

2

(ENTIB (ENTIBA ACIÓN CIÓN

Actualmente Actualmente se usan diferentes diferentes tip t ipos os de pernos de d e ancla anclaje je.. M uchos de ellos ellos tiene ti enenn muy p oca difere diferencia ncia uno u no de otro o tro y en su diseño diseño son varie var iedades dades del mism m ismoo conce concepp to. Sin embargo, es posible clasificar a estos de acuerdo al sistema de anclaje o sujeción. Solamente los más ampliamente ampliamente difundidos s e considerará considerará en la s iguiente iguiente c lasificación: v v v v

Pernos anclados anclados mecánicamente mecánicament e Pernos anclados con resina o cemento Cables de acero anclados con resina Pernos anclados por fricción

2.1.1 2.1.1 PERN PERNOS OS ANCLAD NCLADOS OS MECÁ MECÁNI NICAME CAMENT NTE E El perno de anclaje con chaveta de expansión es el más común de este tipo de anclaje mecánico. mecánico. Al introduci int roducirr el p erno en la cuña de la chaveta ésta se expande y queda sujeta en las paredes de la roca dentro el taladro. Este sistema esta ampliamente difundida tanto en las labores mineras como en la ingeniería civil. En esta prim p rimera era parte describiremos simplemente simplemente los pernos p ernos de anclaje anclaje mecánicos mecánicos que qu e son los más utilizados en nuestra minería. En los Manuales Especializados profundizaremos en el tema. En lugares lugares donde la labor p ermanece ermanecerr á por muchos años se puede p uede rellenar rellenar con con cemento. Con muy pocas excepciones, estos pernos de anclaje se usan en rocas medianamente duras o duras. No es recomendable recomendable usar en rocas rocas muy duras, pues la chaveta chaveta puede no p enetrar enetrar adecuadamente adecuadamente en las p aredes aredes del taladro y con el tiempo resbalar. (Fig. 1)

2.1.1.1 PART PART ES DE UN PERNO PERNO DE ANCLAJ ANCLAJE E MECÁNICO Los pernos p ernos de anclaje anclaje constan de las sig si guientes uientes p artes: v v v v

Chaveta Chaveta de ex e xp ansión Perno de anclaje Plancha Plancha metálica (4’ x 4’ y ¼” de espesor) Tuerca del perno

2.1.1.2 2.1.1 .2 EQUIPO PARA LA INS INS TALACIÓN DEL DEL P ERNO DE ANCLAJE ANCLAJ E MECÁNICO MEC ÁNICO El equipo y las herramientas para la instalación de los pernos de anclaje son: v v

M áquina áquina p erforadora erforadora sto st op er M áquina aseguradora aseguradora












1

PERNO DE RANURA Y C UÑA

2

ANCLAJ ANCLAJ E DE EXPANSIÓN EXPANS IÓN US UAL

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Datos técnicos técnicos: Calidad Calidad d el acero: Diámetro Diámetro del p erno: Puntoo de deformac Punt deformación ión Carga de rotura: Carga de rotura axial: Peso del p erno sin p lancha lancha:: Largo Largo del p erno: Diámetro Diámetro taladro:

700N/mm2 70 kp/m kp /mm m2 16 mm 16 mm 140 kN 14 tons 180 kN 18 rons 14% 14% 2 kg/m kg/m 2 kg./m kg./m El largo largo que qu e se requiera 35-38 mm. 35-38 mm.

102 kpsi 5/8 in 15.5 tons (USA) 20 tons (USA) 14% 1,35 lb/pie 1-3/8”

Ventajas Relativamente Relativamente de bajo costo, el perno de anclaje trabaja de manera manera inmediata. Al gir gir ar el perno, se aplica p resión lateral en la c abeza abeza del perno y de esta manera se acumula tensión en el mismo. Con un relleno post erior erior de cement cementoo el perno puede servir como fortificación permanente, en rocas duras el perno puede soportar cargas altas, es un sistema versátil para fortificación en rocas duras.

Desventajas Su uso está limitado a rocas rocas moderad moderad amente amente duras a dur as, difícil de instalar. Debe ser monitoreado después de su instalación, pierde capacidad debido a voladuras cercanas o cuando la roca se fractura alrededor de la zona z ona de expansión.

2.1.2 2.1.2

PERN PERNOS OS ANCLAD ANCLADOS OS CON CON RE RES INA INA O CEME CEMENTO NTO

Los pernos de anclaje con resina o cemento han sido usados los últimos 40 años en minas y construcciones civiles. El tipo más comúnmente usado es el perno, barra de fierro o acero tratado. Se utiliza cemento o resina como adherente. (Fig. 2) La resina resulta conveniente para p ara ser usada en pernos sometidos a altas tensiones tens iones desde momentos tempranos y se prestan para pretrensado, esto no descarta su uso en pernos sin tensión previa. En cualquiera de sus variedades, es recomendable para soporte temporal o permanente bajo variadas condiciones de rocas. El perno de acero tratado se utiliza predominantemente en aplicaciones aplicaciones de ing in geniería civil p ara instalaciones instalaciones p ermanentes. ermanentes.












Resina o cemento

Perno de anclaje

Fig. 2 Pernos anclados con resina o cemento 2.1.2.1 PART PART ES DE D E PERNO PERNOSS ANCLADOS ANCLADOS CON RES RES INA Este ti t ip o de p ernos constan constan de los siguientes siguientes elem el ementos: entos: v

Barra de fierro o acero t ratado

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2.1.2.2 2.1.2 .2 EQUIPO PARA PAR A LA LA INS INS TALACIÓN TALACIÓN DE P ERNOS AN AN CLADOS CON RES RES INA El equipo y las herramientas para la instalación de los pernos de anclaje son: v v v v v v

M áquina perforadora con barrenos barrenos M áquina áquina aseguradora Combo de 8 lb Espadilla Escalera Llave inglesa

Datos técnicos técnicos: Calidad Calidad d el acero: Diámetro Diámetro del p erno: Límite Límite elástico Carga de rotura: Carga de rotura axial: Peso del p erno sin p lancha lancha:: Largo Largo del p erno: Diámetro taladro:

570N/mm2 58 kp/m kp /mm m2 20 mm 20 mm 120 kN 12 ton 180 kN 18 ton 15% 15% 2,6 kg/m kg/m 2,6 kg./m kg./m El largo largo que qu e se requiera 35 ± 5 mm. 35 ± 5 mm.

83 kpsi 7/9 in 13 ton (USA) 20 ton (USA) 15% 1,75 lb/pie 1-3/8”

Ventajas: Rápida acción después de haber sido instalado. Si una resina de rápido fraguado se usa como adherente, el perno puede ser permanentemente pensionado, en las instalaciones permanentes el perno debe tener alta resistencia a la corrosión.

Desventajas: Dificultad con los cartuchos de resina en ambientes subterráneos que pueden afectar su uso, en determinados casos casos su s u manipulación manipulación rep resenta un riesgo. riesgo.

2.1.3 2.1.3 CABL CABLES ES DE ACERO ACERO ANCLA ANCLADO DOSS CON RE RES INA INA Este sistema ha sido utilizado en refuerzos de estructuras rocosas de obras civiles en los pasados 20 ó 30 años. Este sistema fue introducido en la industria minera hace unos 15 a 20 años, teniendo un notable desarrollo desarrollo en sistema sist emass sin p retensión. (Fig. (Fig. 3).














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cap cap acida acidadd de d e soporte sop orte de carga, carga, con un u n costo más reducido y p or último se presta notabl not ablem emente ente p ara la mecanización. mecanización. Su uso como elemento de anclaje está creciendo rápidamente y son utilizados en sistemas p ermanentes ermanentes de fortificación. fortificación. En ingen ingen iería civil civil ha tenido notable desarrollo. d esarrollo. El cable cable normalmente utilizado corresp corresp onde al tipo 15,2 mm x 7 torones.

Ventajas: Costo Cost o reducido reducido Correctamente Correctamente instala instalado, do, es un componente y durable sistema sist ema de refuerzo. refuerzo. Puede ser instalado de cualquier largo en áreas estrechas. Entrega una alta capacidad de carga en cualquier tipo de roca. Alta capacidad a la corrosión.

Desventajas: Una p retensión del cable cable sólo p uede ser posible con una instalación instalación especi esp ecial. al. El uso de cemento estándar est ándar requiere requiere de varios días de fraguado, fraguado, antes que el cable p ueda tomar carga. carga.

2.1.3.1 PART PART ES DE D E PERNO PERNOSS ANCLADOS ANCLADOS CON RES RES INA Este ti t ip o de p ernos constan constan de los siguientes siguientes elem el ementos: entos: v v

Cable de acero del tip o 15,2 mm x t t orones Resina o cemento

2.1.3.2 2.1.3 .2 EQUIPO PARA PAR A LA LA INS INS TALACIÓN TALACIÓN DE P ERNOS AN AN CLADOS CON RES RES INA












Carga de rotura axial: Peso del p erno sin p lancha lancha:: Largo Largo del p erno: Diámetro Diámetro taladro:

3% 3% 3,1 kg/m kg/m 3,1 kg./m kg./m El largo largo que qu e se requiera 35 mm y mas 35 mm y mas

Resina

Cable

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3% 2,08 lb/pie 1-3/8” y mas












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Aunque los dos sistemas están descritos bajo un mismo denominador, estrictamente hablando solo el split set es realmente de fricción. En caso del swellex, combina la fuerza de fricción sumada al mecanismo de expansión del perno en el taladro que habitualmente tiene paredes irregula irregularr es. Esta situac sit uación ión genera una acción de bloque bloq ueado ado que p ermite ermite obtener alta resistenc resist encia ia a la tracción. Ambos p ernos son habitualmente habitualmente usados en miner miner ía, sin sin embargo, embargo, su uso en in geniería civil es limitado, lim itado, p ero el Swellex está ganando campo en trabajos de túneles. túneles.

Plancha de sujeción

Tubo de expansión

Fig. 4 Perno de de anclaje anclaje tipo tipo (S plit set) LA ARANDELA SWELLEX PERMITE LA INSTALACIÒN DE UNA TELA METALICAEN CUALQUIER MOMENTO SWELLEX UNE FISURAS ABIERTAS

SWELLEX T OLERA DESPLAZA DESP LAZAMIENTOS MIENTOS












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2.1.4.1 PARTES DE PERNO PERNOSS ANCL ANC LADOS ADOS PO R FRICCIÓN FRICCIÓN Este tipo de pernos constan de: v v

Tubo de acero acero plegado Plancha de sujeción

2.1.4.2 2.1.4 .2 EQUIPO PARA PAR A LA LA INS INS TALACIÓN TALACIÓN DE P ERNOS AN AN CLADOS CON RES RES INA El equipo y las herramientas para la instalación de los cables son: v v

v v v

M áquina p erforadora erforadora y barrenos barrenos Bomba neumática de agua a 300 bar con brazo de instalación de pernos swellex. Combo de 8 lbs Espadilla Escalera

Datos técnicos técnicos: Diámetro Diámetro del tubo: Límite Límite elástico Carga de rotura: Carga de rotura axial: Peso del p erno sin p lancha lancha:: Largo Largo del p erno: Diámetro taladro:

Ventajas:

26 mm 26 mm 130 kN 13 ton 130 kN 13 ton 10 % 10 % 2 kg/m kg/m 2 kg./m kg./m El largo largo que qu e se requiera 35 ± 3mm 35 ± 3 mm

1” 14 ton (USA) 14 ton (USA) 10 % 1,34 lb/pie 1-3/8”












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Los p ernos de ancl anclaj ajee sirven para p ara fortificar fortificar el techo y los lados de las labores mineras, mineras, donde dond e existe p elig eligro ro de d e c aída aída de rocas, también también su uso es p ara ara asegurar asegurar fracturas fracturas grandes u otra ot rass áreas áreas de roca inseg inse gura que no p udieron ser eliminadas eliminadas mediante el tojeo. Los pernos p ernos de anclaje anclaje se usan usan también también en otros trabaj t rabajos os mineros como ser sop orte de cañería cañeríass p ara aire aire y agua, para soport ar roldanas roldanas para p ara scrap scrap ers y otros. Los pernos p ernos de anclaje anclaje pueden utilizarse también en en la sujeción temporal del techo de un rajo, o los lados del mismo. (Fig (Fi g. 6).

Fortificación lateral

Perno Fractura

Fortificación Fortificación del techo














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2.1.5 DETERMI DETERMINACIÓN NACIÓN DEL DEL NÚMER NÚM ERO, O, UBICAC UBICACIÓN IÓN E INCLINA INCLINAC C IÓN IÓN DEL PERNO DE ANCLA ANC LAJJ E El número número de p ernos de anclaje anclaje depende del t amaño amaño de d e la roca ro ca a asegurarse asegurarse y del gr gr ado de peligro de caída de la misma. Como guía para áreas normales que necesiten pernos de anclaje, anclaje, podemos decir que pueden estar espaci esp aciados ados cada 1.20 m de distancia. Los pernos de anclaje deben instalarse en una posición tal que le permita pasar por la fractura o fracturas y la roca madre, permitiendo de esta manera que la chaveta quede fija en la roca firme. firme. Los pernos p ernos de anclaje anclaje son de diferentes dif erentes diámet diámetros ros (3/4”, ½”, ½”, 1”) 1 ”) y vienen vienen en largos de 4’, 6’ y 8’. La plancha plancha del perno de an an claje, claje, en lo posible, deb deb e ser perpendicular al perno de anclaje y esto ya debe ser considerado el momento que se elija elija el lug lu gar donde se colocará el perno. p erno. La in in clinaci clinación ón d e los p ernos ernos de anclaje anclaje es muy imp imp ortante para p ara su efectivi efectividad dad.. En lo p osible el perno debe ser colocado colocado p erpendicular erpendicular a la fractura o fracturas fracturas y a la cara de la roca. (Fig (Fi g. 7).

Dirección de Fracturas












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LOS LOS PERNOS PERNOS DE ANCLAJE ANCLAJE DEB D EBEN EN S ER COLOCAD CO LOCADOS OS APROXIM APROXIMAD ADAM AMENT ENTE E CADA 1.20 M.

EL PERNO DE ANC ANC LAJ LAJ E D EBE CR CR UZAR LAS FRACT FRACTURA URASS

LA PLANCHA DE D E ACERO DEBE ESTAR, EN EN LO LO POS IBLE, IBLE, PERPENDICULAR AL PERNO.

LOS PERNO PERNOSS DEBEN ES ES TAR P ERPENDIC ERP ENDIC ULAR A LAS LAS FRACTU FRAC TURAS RAS En caso de existir dudas con relación al número, ubicación o inclinación de los pernos de anclaje anclaje consultar al sup ervisor.

2.1.6 2.1.6 INS INS TALA TALAC C IÓN IÓN DE LOS LOS PERN PERNOS OS DE ANCLA ANCLAJJ E












Plancha met álica álica

Fig. 8 Plancha en la base del perno

Rosca

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Chaveta Chaveta de ex e xp ansión Rosca Fracturas

Perno

Perno Plancha met álica álica

Fig. 10 Perno de anclaje












2.2

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FORTI FORTIFI FICA CAC C IÓN IÓN CON CON PERN PERNOS OS DE D E ANCLA ANCLAJE JE Y MALLA OLÍMPI OLÍMPICA. CA.

Este tipo tip o de fortificaci fortificación ón se usa en lugares donde exist existee el pel p eligro igro de caída caída de rocas rocas gr andes andes y también peque pequ eñas y se desea p roteger roteger al personal, per sonal, equipos y herrami herramientas. entas. Adicionalm Adicionalmente ente a los pernos se agrega un elemento más que es la malla olímpica con lo que se logra mayor seguridad en la zona. (Fi g. 12). Es frecuente frecuente también usar este tipo tip o de fortificación fortificación en cuadros, sala de huinche, sala de compresoras, sala de locomotoras, lamparerías, comedores, etc.

2.3 2.3

FORT ORTIFICACIÓN CIÓN CON MADERA

Este t ip o de fortifi forti fica caci ción ón es el más más divulgado en nuestra minería y se ap ap lica lica prácticamente prácticamente en todas las labores mineras, como: v v v v v v v

Galerías. Caminos. Chimeneas. Cuadros. Preparación de rajos. Bodegas. Salas Salas de huinche, compresoras, comedor comedores, es, oficin oficin as, etc.














M alla alla olímp olímp ica Perno de anclaje

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Cuña

Cabezal Tockocha

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d)

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Fortificac icación con con ma marco co completo Este tipo de fortificación se emplea cuando tanto el techo como las paredes de la galería galería p resentan alteraci alteraciones ones que representan representan un peligro. peligro. Este es e s un tip tip o de fortificación fortificación más común comúnmente mente usada en galerías (Fi g. 16). En el Manual Especializado se tratará con más detalle todos los tipos de fortificación en galería y otras labores mineras. Bloque Vertical

Bloque












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Aire

A g ua

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Plataforma

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2.3.4 2.3.4 FORTI FORTIFI FICACI CACIÓN ÓN DE DE CUAD UAD ROS Normalmente la fortificación en cuadros se la realiza con ayuda de madera especial, como el pino o almendrillo.












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También También se usa la fortificació fortificaciónn con mad mad era en la explotaci exp lotación ón d e rajos p or el sistema square-set. (Fig. 23) En rajos corte y relleno y también en rajos almacenamiento provisional (srinkage), se suele no dejar puentes y en este caso se deja deja piso falso. falso. Dep endiendo endiendo de la l a calidad calidad de la












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MANUAL DE ENTRENAMIENTO MINERO - V - FORTIFICACION BASICA

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