EVALUACION Y OPTIMIZACION DEL SOSTENIMIENTO CON CON CIMBRAS EN MINERIA SUBTERRANEA
La cimbra es una estructura auxiliar que sirve para sostener provisionalmente el peso de un arco o bóveda, así como de otras obras de cantería, durante la fase de construcción. Suele ser una cercha de madera. Esta estructura, una vez montadas las dovelas y la clave se desmonta, en una operación denominada: descimbrado.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.
1.1.
DESCRIPCION DEL PROBLEMA
En la actualidad hay problemas de inestabilidad de la masa rocosa en las labores subterráneas y también en el área de subsidencia en superficie. Estos efectos se deben por un lado, a la mala calidad de la estructura veta — falla, a las caracteristicas "expansivas" y de "alta de formabilidad" de la roca, y a la presencia del agua. Por otro lado, a los esfuerzos inducidos por el proceso del minado, que no obstante ser de magnitudes relativamente bajas, sin embargo vencen a las bajas resistencias de la masa rocosa. Actualmente en las minas se ha encontrado en las cimbras la única alternativa de sostenimiento que garantiza la estabilidad de las labores, quiere decir, mantener quiere decir, mantener la labor lo mejor posible durante el tiempo de vida que se le asigne. Al decir lo mejor posible nos referimos a poder mantener las necesidades de ventilación e infraestructura con unas garantías determinadas de seguridad y a un costo optimo. Las cimbras se encuentran extendidas en gran cantidad de las labores, sin embrago el tiempo de vida de las labores muchas veces es muy inferior al tiempo requerido, lo que obliga a realizar monitoreo de convergencia de las cimbras. Estas mediciones se toman y se registran para que muestre las dos ultimas mediciones
de la cimbra, información que permitir tomar decisiones inmediatas y a predecir el tiempo de vida de la cimbra con cierto margen de error ya que el ritmo de deformación puede variar. Esto nos permitir conocer: el comportamiento típico, tiempo de vida, máxima convergencia esperada y el tiempo en el cual ocurrir esto, para cada cimbra en la ubicación en la que se encuentre. Así podremos adelantarnos
a los sucesos tomando medidas
preventivas para el control de las deformaciones en cimbras recientemente instaladas. A su vez
nos permitirá conocer el
beneficio del invert y cimbra intermedia en el tiempo de vida de las cimbras frente a sus diferentes usos
1.2.
FORMULACION DEL PROBLEMA
¿Cómo prevenir accidentes de derrumbes a causa del mal estado de las cimbras?
2.
OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL Identificar de que manera se puede prevenir los derrumbes y peligros laborales a causa del mal estado de las cimbras en las minas subterraneas.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar la metodología de diseño de sostenimiento con cimbras que garantice seguridad.
Establecer la medición de convergencia como método
evaluación y análisis del comportamiento de las cimbras, que nos permita predecir el tiempo de vida de las cimbras y la efectividad de las medidas de control tomadas, frente a las deformaciones aceleradas de las cimbras.
Mantener las necesidades de ventilación e infraestructura de la labor con las garantías determinadas de seguridad.
Encontrar un método de predicción de requerimiento
de
reforzamiento y/o reemplazo de cimbras para la elaboración de un adecuado
planeamiento de preparación, desarrollo y
explotación de la mina
3.
REVISION DE LITERATURA 1. Sostenimiento con cimbras Este típico sostenimiento pasivo o soporte es utilizado generalmente para el sostenimiento permanente de labores de avance, en condiciones de masa rocosa intensamente fracturada o muy débil, que le confieren calidad mala a muy mala, sometida a condiciones de altos esfuerzos. Para lograr un control efectivo de la estabilidad en tales condiciones de terreno, las cimbras son utilizadas debido a su excelente resistencia mecánica y sus propiedades de deformación, lo cual contrarresta el cierre de la excavación y evita su ruptura prematura. La ventaja es que este sistema continúa proporcionando soporte después que hayan ocurrido deformaciones importantes. Las cimbras son construidas con perfiles de acero, según los requerimientos de la forma de la sección de la excavación, es decir,
en
forma
de
baúl,
herradura
o
incluso
circulares,siendo
recomendable que éstos sean de alma llena. Hay dos tipos de cimbras, las denominadas «rígidas» y las «deslizantes o fluyentes». Las primeras usan comúnmente perfiles como la W, H, I, conformadas por dos o tres segmentos que son unidos por platinas y pernos con tuerca. Las segundas usan perfiles como las V y Ù, conformadas usualmente por tres segmentos que se deslizan entre sí, sujetados y ajustados con uniones de tornillo. Los accesorios en este sistema de sostenimiento son los tirantes de conexión de las cimbras, el encostillado y los elementos de bloqueo. Los tirantes pueden consistir de varillas de fierro corrugado o liso generalmente de 1″ de diámetro u otro elemento estructural. El
encostillado puede ser realizado con planchas metálicas acanaladas y en algunos casos en las minas se utilizan tablones de madera. Los elementos de bloqueo pueden ser la madera o los bolsacretos, estos últimos son sacos conteniendo agregados con cemento, los cuales son rociados con agua para permitir su fraguado una vez colocados entre las cimbras y la pared rocosa; el concreto débil así formado proporciona un adecuado bloqueo para transferir las cargas uniformemente sobre las cimbras. Para el rango de los tamaños de las excavaciones de las minas peruanas, las cimbras rígidas comúnmente utilizadas son las 4W13 (perfiles W de 4″ de ancho x 4″ de profundid ad y 13 lb/pie) o
equivalentes, espaciadas de 0,75 a 2 m, las mismas que corresponden a cimbras ligeras para excavaciones de hasta 4 m de abierto. En caso de altas presiones del terreno, estas cimbras podrían construirse a sección completa, colocando una solera (invert) curvada hacia abajo o de otro modo podrían ser de forma circular. En los casos que las cimbras indicadas no fueran suficientes para excavaciones de hasta 4 m de abierto, por las altas presiones de la
roca, pueden utilizarse cimbras medianas como las del tipo 6W20 o equivalentes o alternativamente cimbras deslizantes. Las cimbras 6W20 también son comúnmente utilizadas para excavaciones con abiertos de hasta 6 m. Es poco usual pasar al uso de cimbras pesadas como las de la serie 8W o equivalentes, las anteriores son suficientes para los propósitos indicados.
Las rocas situadas a una cierta profundidad están sujetas a esfuerzos resultados del peso de los estratos suprayacentes, tensiones tectónicas residuales, etc. Cuando se realiza una excavación subterránea es estas rocas, el campo de esfuerzos es alterado localmente y se produce una redistribución de las tensiones originales que existen en el medio.
En la mayoría de los casos las excavaciones tienden a cerrarse y sin la colocación de un sostenimiento adecuado llega a colapsar. Debido a la existencia de fracturas y jutas en una excavación sin sostenimiento, el colapso de la mina a menudo se manifiesta por la caída de bloques, al introducir el sostenimiento este comportamiento no se suele producir.
Los terrenos alta ototalmente fracturados siempre han originado problemas de sostenimiento, y más aun cuando se encuentran acompañados de filtraciones de agua. Este tipo de material siempre ha significado un trabajo adicional y de alto costo reduciendo la velocidad de avance y con esto la producción. En este tipo de terrenos es necesario emplear sostenimientos de gran capacidad de resistencia a esfuerzos y a agentes corrosivos. DESCRIPCIÓN DELA CALIDAD DE ROCA La calidad del terreno donde este tipo de sostenimiento es aplicable tiende a tener una importante tendencia al colapso y cierre; en donde la roca presenta
grandes discontinuidades durante la excavación, zonas de roca fuertemente fracturadas, cruces de núcleos de fallas, contactos con agua o materiales fluyentes (lodos, arena, etc.), cruces de rocas en zonas comprimidas y expansivas, rocas deleznables donde no existe cohesión, tramos colapsados (derrumbes), etc. Por ejemplo. Si consideramos una la excavación de la galería principal de una mina sobre roca ígnea de dureza media que ha sido moderadamente fallada, y la masa rocosa esta conformado por diaclasas altamente intemperizadas y alteradas, con aperturas menores a 1 mm. En este terreno es posible aplicar otros tipos de sostenimiento aparte de cimbras, pero también debe considerarse el tiempo de la vida de la mina y el uso que se le va a dar. 1.1.2 COMPORTAMIENTO GEOMECÁNICO1.1.2.1 ALTERACION / METEORIZACIÓN La alteración y la meteorización influyen tanto en la resistencia de la matriz rocosa como en la resistencia al corte que se puede movilizar en el plano de juntas. En los sondeos perforados y en las estaciones geomecánicas realizadas en nuestro ejemplo se ha estudiado la meteorización de las justas y con esos resultados se da una valoración de Resistencia de Carga Puntual de 3 Mpa y un valor promedio de RQD = 38 %. Llegándose a determinar así la calidad de la roca. 1.1.2.2 HUMEDAD NATURAL Es, la cantidad de flujo de agua que podemos encontrar dentro de la excavación; producto de las filtraciones subterráneas. La cantidad de agua que sale a la superficie es valorada en cantidades numéricas para así poder cuantificarla. Este valor es necesario para poder obtener el RMR, índice Q y otras teorías relacionadas. Consideramos el terreno con flujo de agua moderado, la presencia de este flujo se muestra por medio de goteos.
PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES
Para la caracterización geo mecánica del macizo rocoso en el que se ubica este túnel se han realizado un total de cuatro estaciones
geomecánicas, denominadas EG - 1, EG - 2. EG - 3 y EG – 4. En éstas cuatro estaciones se han medido un total de 128 datos estructurales, que corresponden a planos de estratificación y sistema de juntas más juntas aleatorias o diaclasas.
2. PROCEDIMIENTOS DE INSTALACIÓN Para que el sistema de soporte pueda actuar debidamente, es necesario considerar algunos aspectos importantes en su instalación. En primer lugar, en lo que concierne a la evolución de las cargas, es preferible que el soporte se instale lo antes posible, pues cualquier retraso ya sea en tiempo o en distancia al frente se traduce en aumentos de la presión sobre el techo, si prevalecen las cargas de descompresión o roca suelta. Para iniciar la colocación de un tramo con cimbras, se debe proceder a asegurar el techo, lo cual se podrá realizar mediante la colocación de shotcrete temporal o marchavantes de ser necesario. Todas las cimbras deben estar correctamente apoyadas y sujetas al piso mediante dados de concreto, debiéndose mantener su verticalidad, para lo cual se requerirá de ser necesario, asegurar la cimbra anclándola con cáncamos a las paredes. Las siguientes cimbras a colocar se asegurarán con los tirantes y se protegerán en forma sistemática con el encostillado. El bloqueo de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para que pueda haber una transferencia uniforme de las cargas rocosas sobre las cimbras. Si no se realiza un buen bloqueo las cimbras no serán efectivas. Por lo tanto, es importante realizar correctamente esta labor. Es muy importante que la instalación sea cimbra por cimbra y no varias cimbras a la vez, es decir, completar la instalación de una cimbra para comenzar con la siguiente.
3. CONTROL DE CALIDAD Para que este tipo de sostenimiento funcione bien, deben cumplirse las siguientes condiciones: - Riguroso paralelismo de los elementos. - Adecuada adaptación a las paredes, caso contrario los elementos flexionarán hacia el exterior. - Resistencia conveniente del conjunto, que depende de las uniones, instalación y control. - Estrecho o apretado contacto entre la cimbra y el contorno de la roca a la cual soporta en todo su perímetro, a fin de desarrollar tempranamente su capacidad de sostenimiento, antes de que ocurran deformaciones significativas hacia el interior de la excavación.
- La supervisión de la mina no aprobará ninguna cimbra que esté mal cimentada, no conserve su verticalidad ni su alineamiento; asimismo, si éstas no se encuentran correctamente topeadas a la superficie de la roca.
4.
RECOLECCION DE INFORMACION
4.1. TECNICAS DE RECOLECCION La investigación está basada en diversos instrumentos que permiten la recopilación de información en diferentes áreas involucradas en el problema. -
Observación: Consiste en una técnica de visualización de hechos, la cual se encuentra respaldada generalmente por una lista de cotejo que posee los principales criterios que se desean observar, esta lista de cotejo posee tres opciones de
respuestas cerradas, no si, y a veces, esto permite conocer la información de forma cerrada y concreta Posee en la parte superior las generalidades o datos relevantes de lo que se observa y en la parte inferior una apartado para observaciones -
Encuesta
: Consiste
en una serie de preguntas con
opciones múltiples, referentes a una temática determinada que permite conocer el punto de vista de las personas hacia el problema que se trata y a su vez permite recopilar información sobre el grado de conocimiento de los temas tratados en la presente investigación -
Prueba diagnóstica: Consiste en un examen corto con un número determinado de ítems o dificultades enmarcadas a la problemática a estudiar, con el propósito de conocer en que áreas se presentan las dificultades, y para clasificar y establecer la población afectada que se tomara en cuenta en dicho estudio
-
Entrevista: Consiste en una conversación reparada como una dinámica de preguntas y respuestas abiertas, en las cuales se socializa sobre una temática determinada relacionada con la problemática a estudiar, esta técnica permite conocer el punto de vista de diferentes partes involucradas en la discusión. .Está apoyada por tarjetas de apuntes o de guía donde se encuentra la secuencia de preguntas o de información que se desea conocer o indagar
5.
BIBLIOGRAFIA
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R.C., Hibbeler, Mecánica de materiales, Tr. José de La Cera Alonso, 6ta ed., Mexico, Pearson, 2006, p. 815-816
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BELTRAN
VILLANUEVA,
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Sostenimiento
en
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Sublevel Caving-Yauricocha, Perú, Arequipa, XXVII Convencion Minera, 2005, p. 19.
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SÉRGIO BRITO CONSULTORIA. Relatorio de visita – mina Rosaura, Belo Horizonte, 30 de julio 2007, p. 18. (Informe de consultoría).
TAPIA AGUIRRE, Jaime Guillermo. La geomecánica aplica a la construcción del túnel transandino: grandes problemas en la excavación, Lima, 1996, p. 215, Tesis (Ingeniero Geólogo), Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Facultad de Geología, Minas y Ciencias geográficas, Escuela profesional de Ingeniería Geológica.
