Perforacion - Diseño de Tuneles

FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA DE MINAS

PERFORACIÓN: USO DE MODELOS DE MALLAS PARA TÚNELES Y EQUIPOS USADOS EN PERFORACIÓN Curso: TÚNELES Y MOVIMIENTO DE MATERIALES

Ciclo: VIII

Docente: ING. TABRA ING. TABRA HUAYLINOS, AMADOR LEONARDO

Estudiante: RODRIGUEZ BOCANEGRA, EDWIN JOEL TRUJILLO – PERÚ PERÚ 2017-II

TÚNELES Y MOVIMIENTOS DE MATERIALES

Resumen El presente informe tiene como objetivo conocer la perforación, uso de modelos y equipos de perforación utilizados en la construcción de túneles. Es decir, detallar en cuales son los parámetros utilizados para elegir el mejor modelo para construir un túnel, además de poder dimensionar la cantidad de equipos utilizados para la perforación. Por otro lado, conocer que es el factor de esponjamiento y cuando se da dicho factor.

INGENIERÍA DE MINAS

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TÚNELES Y MOVIMIENTOS DE MATERIALES

Introducción El objetivo de este informe es recopilar y analizar información acerca de construcción de túneles. Los túneles son obras de gran importancia en el ámbito de la ingeniería civil, ya que permite comunicar tramos o ciudades en menor recorrido y así poder ir de un lugar a otro en menor tiempo, en el ámbito de la minería, los túneles permiten extra en mineral desde el interior de la tierra, estos minerales son de gran importancia ya que sin ellos la tecnología no estaría desarrollada, además de contribuir con la economía del país en donde se extraen.


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TÚNELES Y MOVIMIENTO DE MATERIALES

Índice Resumen ....................................................................................................................................... i Introducción ............................................................................................................................... ii 1.

Objetivos ........................................................................................................................ 1

1.1.

Objetivo General ........................................................................................................... 1

1.2.

Objetivos específicos ......................... ............................ ............................ ..................... 1

2.

Marco teórico ................................................................................................................. 2

2.1.

Perforación.......................... ............................ ............................ ........................... ........ 2

2.1.1. Condiciones de perforación .................................... ............................ .......................... 2 2.1.2. Diseño de mallas de perforación ......................... ........................... ............................ ... 2 2.1.3. Malla ............................................................................................................................... 2 2.1.4. Diseño de malla .............................................................................................................. 2 2.2.

Modelos de túneles ............................ ............................ ........................... ...................... 3

2.2.1. Modelo Ingles ........................... ........................... ............................ ............................ ... 3 2.2.2. Modelo Belga..................................................................................................................

3

2.2.3. Modelo Austriaco........................................................................................................... 4 2.2.4. Modelo Alemán ............................. ........................... ........................... ........................... 5 2.3.

Maquinaria de perforación de túneles ..................................... ............................ ........ 5

2.3.1. Jumbo ............................................................................................................................. 5 2.3.2. Jackleg ............................................................................................................................ 6 2.3.3. Tuneladora TBM ........................................................................................................... 7 2.4.

Transporte de material ................................................................................................. 8

2.4.1. Esponjamiento ............................................................................................................... 8 3.

Conclusiones .............................................. ........................... ............................ ........... 10

4.

Referencias bibliográficas ......................... ............................ ............................ .......... 11



Tabla de ilustraciones Ilustración 1. Perforación de túneles ................................................................................ 2 Ilustración 2. Diseño de malla de perforación .................................................................. 3 Ilustración 3. Método Ingles de perforación de túneles.................................................... 3 Ilustración 4. Método Belga de perforación de túneles .................................................... 4 Ilustración 5. Método Austriaco de perforación de túneles .............................................. 4 Ilustración 6. Método Alemán de perforación de túneles................................................. 5 Ilustración 7. Equipo de perforación Jumbo ..................................................................... 6 Ilustración 8. Equipo Jackleg de perforación ................................................................... 6 Ilustración 9. Tuneladora T.B.M. ..................................................................................... 7 Ilustración 10. Equipos de transporte de material en túneles ........................................... 8 Ilustración 11. Etapas del factor de esponjamiento .......................................................... 9



1. Objetivos 1.1. Objetivo General Conocer la perforación, uso de modelos y equipos de perforación utilizados en la construcción de túneles.

1.2. Objetivos específicos 

Describir el factor de esponjamiento.



Conocer los equipos utilizados en la construcción de túneles.



Describir los modelos de construcción de túneles.


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2. Marco teórico 2.1. Perforación La perforación es la primera operación en la preparación de una voladura. Su propósito es abrir en la roca huecos cilíndricos denominados taladros y están destinados a alojar al explosivo y sus accesorios iniciadores. El principio de la perforación se basa en el efecto mecánico de percusión y rotación, cuya acción de golpe y fricción producen el astillamiento y trituración de la roca.

Ilustración 1. Perforación de túneles

2.1.1. Condiciones de perforación Para conseguir una voladura eficiente la perforación es muy importante, así como la selección del explosivo, este trabajo debe efectuarse con buen criterio y cuidado. La calidad de los taladros que se perforan están determinados por cuatro condiciones: diámetro, longitud, rectitud y estabilidad.

2.1.2. Diseño de mallas de perforación 2.1.3. Malla Plan de colocación geométrica de los barrenos para ser perforados en una voladura y así poder fragmentar a la roca y facilitar su transporte.

2.1.4. Diseño de malla Es el esquema que indica la distribución de los taladros con detalle de distancias, cargas de explosivo y secuencia de encendido a aplicarse.


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Ilustración 2. Diseño de malla de perforación

2.2. Modelos de túneles 2.2.1. Modelo Ingles Usado en túneles de sección (menos de 15 m²); en buen terreno, tiene varios escalones de ataque. Excavación en franjas horizontales comenzando en la bóveda.

Ilustración 3. Método Ingles de perforación de túneles

2.2.2. Modelo Belga Consiste en desarrollar el avance del trabajo en el túnel en dos etapas: 

Un avance que se realiza en la mitad superior en el sector denominado frente, que corresponde al medio arco de la parte superior de la sección.


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Se desarrolla en la parte inferior (o banco) lo que permite remover y extraer el material en forma más rápida por existir una gran cara libre por arriba apta para un mejor resultado de la voladura.

Ilustración 4. Método Belga de perforación de túneles

2.2.3. Modelo Austriaco Se caracteriza por el empleo de una galería de avance en el eje y base del túnel, donde se instala una vía de evacuación que se utiliza durante toda la obra. Cuando la galería ha avanzado cierta longitud se perfora un pozo hacia arriba y se excava en los dos sentidos una segunda galería. Una vez perforada la galería superior se sigue como en el método belga. El transvase de los escombros a la galería inferior se hace por los pozos y sin modificaciones desde su situación original. Los múltiples frentes de ataque aceleran la construcción del túnel.

Ilustración 5. Método Austriaco de perforación de túneles


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2.2.4. Modelo Alemán Se caracteriza por la conservación del banco hasta la terminación de los muros y la bóveda. Este banco sirve de apoyo para todos los apuntalamientos y cimbras y evita el empleo de andamios de gran luz. Finalmente se menciona que para elegir el tipo de explosivo a utilizar (dinamita, emulsiones, ANFO, entre otros) se deben considerar las condiciones del terreno y las variables de operación.

Ilustración 6. Método Alemán de perforación de túneles

2.3. Maquinaria de perforación de túneles Son maquinarias fundamentales para llevar a cabo de manera adecuada respectivos procesos de exploración y construcción de grandes proyectos mineros. Existe un gran número de técnicas de perforación, pero las más empleadas son: rotación con recuperación de testigo (con corona de diamante), rotación y rotopercusión.

2.3.1. Jumbo Los jumbos mineros están compuestos por un conjunto de martillos perforadores montados sobre brazos articulados de accionamiento hidráulico para la ejecución de los trabajos de perforación por el frente. La función principal de estos equipos es la perforación de avance o desarrollos horizontales, así como también la excavación vertical o radial para fortificación del túnel.


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Ilustración 7. Equipo de perforación Jumbo

2.3.2. Jackleg Son máquinas de perforación que se utiliza en minería subterránea, este equipo es utilizado en áreas pequeñas, por lo que su uso en túneles de gran dimensión seria ineficiente.

ILUSTRACIÓN 8. EQUIPO JACKLEG DE PERFORACIÓN


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2.3.3. Tuneladora TBM Tunnel Boring Machine o minador a sección completa es una maquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación del sostenimiento si es necesario ya sea de forma provisional o definitiva. Para perforaciones en roca de dureza baja, media o alta, perfora el frente a plena sección mediante la acción combinada de la rotación y el empuje continuado de una cabeza provista de herramientas de corte distribuidas en su superficie frontal. En la mina Los Bronces(Chile)se inició su uso en un Túnel de 8,125 m de longitud, ejecutado solo por un frente pues se trató de un túnel ciego. Se empleó una TBM de 4,5 m de diámetro y 90 m de longitud.

Ventajas: 

Mayor seguridad.



Se evitan las voladuras con explosivos, lo que a su vez redunda en no tener que transportarlos ni manipularlos.



Se evita los gases producto de las detonaciones.



Mejora de la ventilación en el interior del túnel.

¿Cómo funciona la tuneladora? A medida que la maquina avanza perforando con poderosos discos giratorios de corte, la tuneladora va fijando las paredes del túnel con unas piezas de hormigón armado denominadas “dovelas”, este material se prepara in -situ, es decir que es una maquina muy

importante al momento de construir túneles, ya que el avance es más rápido y además que brinda mayor seguridad.

ILUSTRACIÓN 9. TUNELADORA T.B.M.


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2.4. Transporte de material Hay distintos métodos de transporte de los escombros generados en la excavación de túneles, se puede extraer por vagones, camiones, cintas transportadoras, etc. Si se transporta en vagones es importante dimensional el tipo de carril y este fuertemente sujeto a las soleras, en el casi de los camiones es importante dimensionar cuantos equipos se utilizaran para remover todo el material, además de contar con las dimensiones necesarias para que los camiones ingresen al interior del túnel, en el caso de las fajas seria dimensionar cuanto material se va a mover y además de pasar por un previo chancado con el fin de tener partículas más pequeñas y así faciliten sus transporte.

Ilustración 10. Equipos de transporte de material en túneles

2.4.1. Esponjamiento al ser excavados para efectuar su explanación, sufren un cierto aumento de su volumen. Este incremento de volumen, expresado en porcentaje del volumen

in situ

, se

llama esponjamiento. Si el material se emplea como relleno puede, en general, recuperar su volumen e incluso puede reducirse (volumen compactado). Para la cubicación del material de la excavación, se considera su volumen antes de ser excavado (en banco); en ningún caso debe ser tenido en cuenta el volumen transportado de las tierras, que es mayor debido precisamente al esponjamiento referido


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Ilustración 11. Etapas del factor de esponjamiento


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3. Conclusiones 

Se logró conocer la perforación, uso de modelos y equipos de perforación utilizados en la construcción de túneles.



Se logró describir el factor de esponjamiento y porque se da.



Se logró conocer los equipos utilizados en la construcción de túneles.



Se logró describir los modelos de construcción de túneles.


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4. Referencias bibliográficas ACHS (2010). Construcción de túneles. [En línea].Recuperado el 5 de Noviembre del 2017, de https://es.slideshare.net/YACARLA/construccion-de-tuneles Construcción Minera & Energía. (2014). Perforadoras y tuneladora: Tecnología en las profundidades [En línea].Recuperado el 5 de Noviembre del 2017, de http://www.construccionminera.cl/perforadoras-y-tuneladoras-tecnologia-en-las profundidades/ Ingeoexpert. (2011). Esponjamiento, compactación y compensación de tierras. [En línea]. Recuperado el 5 de Noviembre del 2017, de http://www.eumed.net/librosgratis/2011b/967/esponjamiento%20compactacion%20y%2 0compensacion%20de%20tierras.html La nación. (2015). Así funciona la gigantesca tuneladora del Sarmiento. [En línea].Recuperado el 5 de Noviembre del 2017, de http://www.lanacion.com.ar/1946321-asi-funciona-la-gigantesca-tuneladora-del sarmiento Roncacio. (2015). Tuneladoras T.B.M. [En línea].Recuperado el 5 de Noviembre del 2017, de https://prezi.com/wvagx6qu_ogs/tuneladora-tbm/


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