ASPECTOS GENERALES DE LA TECNICA DEL CABLEBOLT
PREPARADO POR : JULIO LOPEZ C
ING. CIVIL DE MINA
GERENCIA TECNICA TECNICA - SOPROFINT SOPROFINT S.A S.A
INTRODUCCION
La tecnología del cable bolt, fue desarrollada y aplicada por la Ingeniera Civil a principio de los años 50’, como elemento de refuerzo en Excavaciones de Obras Civiles. Solo a mitad de la década del 60’, es incorporada como técnica de refuerzo por la industria minera, empleándose como un perno de anclaje grouteado a longitud completa. Las primeras experiencias en minería son obtenidas de la aplicación de este elemento de refuerzo, en las minas de Willroy en Canada (1963) y de Free State State Geduld Mines Ltd., en Sudáfrica Sudáfrica (1964). Las Las principales razones razones por las cuales los especialistas definieron definieron la aplicación del cable bolt en la minería subterránea, subterránea, fueron el reconocimiento de la flexibilidad que presentaban los pernos a pesar pesar de su longitud, su bajo bajo peso comparado con los perno de barra sólida, y la posibilidad de instalar pernos de gran longitud sin necesidad de utilizar acoplamientos. Dentro de la terminología comercial utilizada para clasificar y definir los elementos de anclaje, el Cable bolt es definido como aquellos elementos de acero con longitud que varia entre 3 metro a 15 m y fabricados con alambres de alto carbono (EHT) toronado y termo mecánicamente tratado con un proceso de baja relajación. La configuración de cablebolt mas usada por la minería es la conformada por 6 alambres arrollado alrededor de un séptimo denominado “alma” o toron, este arreglo define un cable con un diámetro nominal de 15.2 mm (0.6”).
LA TECNICA DEL CABLE BOLTING La primera aplicación de un cable bolt en la minería ocurrió a principio de los años 70, in Broken Hill, Australia y fue aplicada en forma sistemática en las operaciones de Cut and Fill, donde la incorporación de este elemento trajo mejora en la productividad, el control de la dilución y un mejoramiento del comportamiento mecánico de la roca. Inicialmente se aplicaron arreglos de alambres lisos rectos de 7 mm de diámetro como elementos de refuerzo, pero sus resultados no fueron del todo óptimos frente a ciertas problemáticas de estabilización en la minería, así como su proceso de instalación y tensión era algo complicado, esto llevo a desarrollar posteriormente la configuración helicoidal que actualmente presentan los cables utilizado en minería. La nueva configuración permitió obtener un perfil más rugoso, lo que mejoro la transferencia de carga y además se consiguió una mayor rigidez del elemento, con ello se pudo lograr la instalación de cables de 30 m de longitud en forma ascendente. La técnica del Cablebolting ha realizado numerosos aporte en las soluciones a los problemas de control de la estabilidad de las excavaciones, excavaciones, tanto subterráneas como de superficie, a través de numerosas investigaciones, estas han permitido el desarrollo de innovaciones en la configuración del perfil del cable de 7 alambres, así como también a la incorporación de equipos y accesorio orientado a mejorar la filosofía de diseño, la transferencia de carga y la técnica de aplicación. SOPROFINT S.A. SOLUCIONES PROFESIONALES INTEGRALES
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Dentro de las innovaciones relevante incorporada por la técnica del cablebolting, esta la desarrollada para mejorar la transferencia de carga, pues el cable plano no tenia una buena perfomance en estabilización de grandes abertura, esta mejora se logra mediante la modificación del perfil del cable, es así como las primeras modificaciones fueron realizadas incorporando férulas de acero espaciadas a lo largo del cable, posterior se realizo un diseño de destrenzado del cable y hacia los años 90’ se incorporo el diseño con bulbos espaciados , estos desarrollos han permitido la aplicación de las técnicas del cablebolting en forma exitosa en la estabilización de grandes excavaciones subterráneas. Para la aplicación de la técnica del cable bolting, debe tenerse especial atención en los aspectos particulares que considera el proceso de diseño y que tienen relación con: •
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El diseño no solo incluye la elección del elemento y su geometría, sino que también involucra tener un apropiado procedimiento de instalación y la decisión de la técnica a usar de pre o post refuerzo, en conjunción con proceso de pre o post tensión del elemento de anclaje. La decisión de la definición de pre o post refuerzo y/o tensado esta basada en varios aspectos, tales como: la logística, equipos y expertiz. La elección del perfil del cable, el pattern de instalación, orientación, longitud y densidad de los elementos, a menudo están relacionado con la situación particular del lugar a estabilizar y de las condiciones de trabajo El procedimiento de instalación, no solo debe considerar la técnica a aplicar según tipo de cable y equipo, sino que también la experiencia en la aplicación de la técnica del personal
El procedimiento definido en la instalación de los cables bolt, tiene una alta relevancia en la aplicación de la técnica de cablebolting, pues tiene influencia directa en el rendimiento del sistema de anclaje. El mayor problema que ha tenido la aplicación de la técnica ha sido siempre la dificultad de asegurar la calidad de la instalación del sistema cable bolt, es por ello que es necesario tener una fuerza de trabajo debidamente entrenada y capacitada. Se debe establecer una guía de control orientada a los aspectos crítico que definen la perfomance del sistema, tales como: • • • •
Perforación Cable bolt Grout Tension
El chequeo de los aspectos durante el proceso de instalación y el control de calidad de los sistemas de anclaje debe ser asumido como una practica sistemática.
COMPORTAMIENTO DEL CABLE BOLT El objetivo de emplear elementos de refuerzo o soporte “es ayudar al macizo rocoso ha ser capaz de autosoportarse”. El concepto de refuerzo se refiere a la aplicación de elementos en forma interna en la masa rocosa, para permitir el mejoramiento de las propiedades mecánicas de la roca. El concepto de soporte esta relacionado con la aplicación de elementos que generan una acción reactiva en el control de la deformación en la superficie de la masa rocosa. SOPROFINT S.A. SOLUCIONES PROFESIONALES INTEGRALES
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Los cable bolt, están orientados a cumplir el rol de elementos de refuerzo, es decir actuando en forma interna en el control del desplazamiento y dilatación de las discontinuidades y en la de mejorar la resistencia al esfuerzo de corte de la roca. Las propiedades estabilizadoras del cable no solo son controladas por las interfases roca – cemento – cable, sino que además por elementos adicionales que se agregan al cable como centralizadores, anillos, cambio de geometrías y cuñas externas. Cable liso versus destrenzado y/o con bulbos El cable estandar tiene un diámetro de 0.6” (15.2 mm) fabricado con siete alambres de acero con resistencia ala ruptura de 270 ksi. Su geometría es la de un cable plano en donde seis alambres se arrollan sobre un séptimo que hace el papel de toron. Para obtener un mejor rendimiento en su capacidad de elemento de anclaje se han elaborados nuevas geometría con el objetivo de mejora la capacidad de transferencia de carga entre la roca y el cable. Dentro de estas modificaciones se ha realizado un destrenzado del cable y una generación de bulbos destrenzados, con el objeto de aumentar la capacidad de adherencia del cemento, según curvas de pruebas de laboratorio y test de pull out realizados en terreno, en el caso de los cables destrenzados la capacidad de transferencia de carga empleando el cable destrenzado se puede duplicar con respecto al cable liso y de igual manera con el cable con bulbo también existe una mejora de incremento que puede superar el 40 %. Para requerimientos de mayor resistencia a la tracción y transferencia de carga, se utilizan cables dobles liso o destrenzados. Bajo esta configuración se puede obtener resistencia de 50 ton, un valor que duplica lo obtenido al emplear un cable simple. Cables v/s perno La igual que en el caso de los cables liso y destrenzados, se realizaron pruebas de laboratorio consistentes en someter a tensión a diferentes tipos de pernos de anclajes y cables. Los resultados obtenidos en las pruebas muestran que el comportamiento de los cables como elemento de refuerzo presenta notorias ventajas con relación a los otros elementos de anclajes. La alta resistencia a la tracción es una de sus características superior a la de cualquier elemento clásico de refuerzo de roca. De la misma manera, su capacidad de transferencia de carga desde el cemento es notoriamente mayor, incrementándose en cables destrenzados donde se aumenta la rigidez a la deformación longitudinal.
APLICACION DE REFUERZO CON CABLE La característica de flexibilidad, alta resistencia y bajo peso que presenta el cable, le han permitido tener un rango amplio de aplicabilidad en el control de la estabilidad tanto en mineria subterránea como en operaciones de cielo abierto. Explotación Subterránea En el caso de la minería subterránea, la instalación de cables encuentra su aplicación tanto en cámaras de explotación como en galería y pilares. SOPROFINT S.A. SOLUCIONES PROFESIONALES INTEGRALES
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La aplicación clásica es en la explotación de minas por corte y relleno, donde la instalación de cables largos sobre el techo de la cámara reduce notoriamente la inestabilidad de la zona de trabajo debido a que cuenta con una sección ya fortificada al momento de explotarse la siguiente tajada. La aplicación general en este caso es de cable de 15 m a 20 m de longitud, sin tensión, y de 25 ton a 50 ton., de capacidad, con lechada de cemento en toda su longitud.
El empleo de cables permite que ciertos yacimientos sean posibles explotarlos por caserones por caserones de grandes dimensiones, influyendo notoriamente en la selección del método de explotación, secuencia de extracción, nivel de producción, control de dilución y estabilización de áreas de concentración de esfuerzos. Estabilización de Galerías Se puede aplicar el cable tanto a excavaciones de carácter permanente como galerías de desarrollo. El uso en las labores de desarrollo presenta una alta utilidad en aquellos sectores donde se presentan importantes variaciones de esfuerzo o daño por tronadura. Lo habitual es encontrar especificaciones de aplicación de cable simple y doble en longitudes de 8 m a 10 m., sin tensión y grouteado en toda su extensión. En zona de punto de extracción el uso de cable como refuerzo puede ayudar a aumentar considerablemente la vida útil de la labor, minimizando la posibilidad de colapso repentino y la imposibilidad de recuperar el mineral. Refuerzo de Pilares En pilares que presentan altas concentraciones de esfuerzo e existencia de fallas, traen como consecuencia su destrucción total por estallido de roca o lajamiento. El refuerzo mediante cables aumenta su capacidad de resistencia, controla su aspecto estructural y permite reducir su tamaño. La aplicación general es un diseño de cable doble cementado y sin tensión en pilares de techo o crown Pillar, en pilares verticales de menores dimensiones se emplean cables al interior del pilar simple lechado a columna completa. Otra alternativa efectiva es la aplicación de enzunchado de pilares con cable tensado de manera de embarrilar el pilar y evitar el descostramiento de las paredes y/o abertura de las estructuras de baja competencia. Estabilización Bancos Cielo Abierto El uso de cables en minería a cielo abierto permite estabilizar exitosamente las crestas y paredes de los bancos, mejorándose la seguridad de trabajo. Por otro lado, un buen programa de refuerzo de roca con cables es particularmente relevante en el diseño del pit final, dado que permite incrementar el ángulo de talud manteniéndolo estable, reduciendo en consecuencia los costos de producción por disminución del volumen de extracción de lastre de la mina. Tanto para el control de estabilidad de banco como para el control de cuña, se utilizan cables de 50 ton de capacidad, de 12 m a 20 m de longitud. En Rocas altamente fracturadas, la cara del SOPROFINT S.A. SOLUCIONES PROFESIONALES INTEGRALES
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talud se puede controlar instalando zunchos metálicos adosado a los extremos de los cables instalados en las paredes. INSTALACION DEL CABLE Los cables se instalan en perforaciones de forma mecánica o manual. En el primero de los casos se cuentan con equipos especialmente diseñado que permiten la preparación de la lechad, transporte de la bobina de cable e instalación en la perforación. Antecedentes de minas suecas indican que estos equipos alcanzan una productividad de 50 a 60 cables de 10 metro por turno, instalados y cementados. Su bajo peso permite una instalación manual con excelentes rendimientos y bajo costo. En este caso se tienen rendimientos en galerías subterráneas de 50 cables de 4.0 m de longitud por turno, incluida la inyección de lechada. De igual modo cable de 15.0 m a 20. m pueden ser instalados manualmente. Para el anclaje al interior de la perforación se emplean lechad de cemento, la cual es inyectada a través de manguera de poliuretano de baja densidad. Se utiliza una manguera de 19 mm para la inyección de la lechada y una manguera de 9 mm para la aireación. La lechada de cemento se prepara manteniendo una relación agua cemento en el rango de 0.30 a 0.35, esta es una mezcla densa pero tiene la particularidad que puede ser bombeada y se logra una muy buena adherencia al cable y la roca . En le mercado existen equipos portátiles de accionamiento eléctrico o neumático de alto rendimiento y capacidad que permiten la preparación de la lechada y su bombeo.
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