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Corporacin Aceros Arequipa S.ALnea de Sostenimiento de Rocas y Geomecnica
Criterios de seleccin de elementos de sostenimiento para el control
de inestabilidades subterrneas Seleccin de Pernos de anclaje.
Mgs. Ing. Martn Flores P.Jefe de Lnea Sostenimiento de Rocas y Geomecnica.
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I. Antecedentes
Conceptualizacin GeomecnicaModelos Geomecnicos de Anlisis
Beneficios de la aplicabilidad de la Geomecnica
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La mecnica de rocas es la ciencia terica - prctica aplicada alcomportamiento mecnico de la roca y de los macizos rocosos; esto es aquella
rama de la mecnica que trata con la respuesta de la roca y de los macizos
rocosos al campo de fuerzas en su entorno fsico.
Fuente U.S. National Comi tte on Rocks Mechanics.
Su aplicacin prctica efectiva demanda su integracin con otras reas con las
respuesta mecnica de todos los materiales geolgicos, todo ello en conjunto es
lo que se denomina Geomecnica.
Geomecnica = Mecnica de Rocas + Conjunto de Ciencias afines:
Geologa, Hidrologa, Yacimientos Minerales, etc.
1. Que es la Geomecnica?, es Mecnica de Rocas.
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2. Como se conceptualiza la Geomecnica actualmente.
Hoy en da la geomecnica juega un rol muy importante en la ingeniera minerae ingeniera civil; particularmente constituye la base cientfica de la ingeniera
minera, ya que a diferencia de la ingeniera civil, tiene sus propias
peculiaridades, guiados por el concepto vida de la operacin .
La aplicabilidad de la Geomecnica beneficia el aspecto de la seguridad
minera, ya que la aplicacin de esta ciencia, garantiza el anlisis adecuado para
el control de estabilidad de las excavaciones subterrneas y superficiales.
Todo Diseo Minero y/o Civil debe tomar el factor geomecnico como
herramienta clave para un diseo cor recto.
El grado de Seguridad en Minas es vital para la seguridad de los
trabajadores y equipos. Geomecnica es hacer Seguridad.
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3. Causas del desarrollo de la Geomecnica.
Incremento de la actividad cientfica a travs de teoras, mtodos,
instrumentacin, procedimientos de medicin y software geomecnicos.
Incremento del tamao y volmenes de produccin de las operacin mineras,
subterrneas y superficiales. Control de la estabilidad Global del yacimiento.
Necesidad de explotacin de recursos minerales en ambientes desfavorables
de minado. Condiciones desfavorables ambientes de alta ley.
La conservacin del recurso humano y la seguridad industrial. [Normas MEM].
Implementacin de la Estabilidad Global del yacimiento. Estndares Seguridad.
Desarrollo de nuevas tcnicas de Sostenimiento Mecanizados.
Aplicacin de nuevas tecnologas de excavacin de roca: Voladuras.
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4. Modelos de Estudio:
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La aplicacin de sta secuencia de anlisis e interpretacin determinar en
forma bsica el diseo de las alternativas ingenieriles que controlen la
estabilidad del macizo rocoso.
La metodologa tiene que seguir una secuencia ordenada y progresiva de
anlisis de resultados; de esta forma se podr determinar el comportamiento
Geomecnico de un Proyecto Minero.
Modelo
GeolgicoModelo
Geomecnico
Modelo
Matemtico
SECUENCIAL
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4.1. Modelo Geolgico.
Trata de caracterizar o definir la estructura de la masa rocosa; nos brindainformacin geolgica del medio en la cual realizaremos la excavacin.
Se conceptualiza al Modelo Geolgico el pilar clave para toda evaluacin
geomecnica de proyectos, ya que ste aportar informacin clave para el
dimensionamiento de las excavaciones a disear.
[Litologa, Estructuras, Propiedades geomecnicas bsicas, hidrologa,
sismologa, tectnica, etc.]
En la actualidad el Modelo Geolgico se muestra ms accesible para el operadorminero a travs de herramientas de computo: Manejo de Software [visualizacin
de la zona mineralizada espacialmente].
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Aplicacin del Modelo Geolgico
En la Actualidad el Modelo Geolgico tiene amplia versatilidad en el manejo de informacin.Esta informacin marcar la pauta para los anlisis siguientes.
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4.2. Modelo Geomecnico:
Permite cuantificar los parmetros estructurales y mecnicos del MacizoRocoso.
El modelo estar apoyado con la aplicacin de tcnicas de valoracin de calidad
de roca, as como instrumentacin adecuada para la determinacin de las
propiedades mecnicas del macizo. [pruebas en campo y laboratorio].
La toma de informacin de campo es crucial para lograr un entendimiento del
comportamiento geomecnico de la masa rocosa. Tcnicas de levantamiento
de informacin.
En la actualidad el modelo se complementa con la interpretacin [simulaciones]
mediante la utilizacin de software geomecnicos de muy buena confiabilidad.
La Informacin que brindemos al Software arrojar el resultado procesado, por
ello es bsico brindar informacin certera para tener conclusiones adecuadas.
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4.3. Modelo Matemtico.
Integra los dos modelos anteriores, es secuencial; considera los aspectos
geomtricos de las excavaciones [condiciones de borde] e interacta con la
matemtica de elementos finitos [manejo de software geomecnicos].
Anlisis de esfuerzos actuantes y resistencias disponibles.
Simulaciones tenso - deformacionales; las cuales se llevan
a cabo a travs de interpretacin de software
geomecnicos.
Las tcnicas a emplearse dependern de la complejidad del
tipo de excavacin a desarrollar, lo correcto es llevar a cabo
toda la secuencia de metodologa e interactuar
efectivamente con el modelo matemtico el cual permite
controlar las inestabilidades a travs de mltiples
simulaciones.
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SimulacinPhases2.
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5. Beneficios de la Geomecnica:
La aplicacin de la Geomecnica, beneficiar a las diversas reas operativas de laCompaa Minera, beneficindolas en los siguientes aspectos:
Garantizar la seguridad durante la excavacin de las labores mineras, a travs
del anlisis de deformaciones, niveles de esfuerzos, tensiones, etc.
Definicin de las aberturas mximas y tiempos de autosoporte de las
excavaciones mineras: ejecutadas y futuras a ejecutarse.
Determinacin de la estabilidad estructuralmente controlada de las labores de
preparacin y explotacin [EEC], verificando en cada una de ellas la formacin debloques y cuas inestables.
Permitir definir las orientaciones ms favorables para el minado de las labores
de preparacin y desarrollo a ejecutarse.
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5. Beneficios de la Geomecnica:
Permitir definir las secuencias de explotacin, tanto a nivel particular y globalen el yacimiento.
Permitir definir las categoras y tipos de sostenimiento a aplicarse,
determinando estndares de sostenimiento en funcin a los tiempos de
exposicin de las labores mineras: preparaciones y explotacin.
Permitir la estandarizacin del tipo y cantidades de sostenimiento a aplicarse
en cada una de las labores mineras, as como el tipo de relleno a aplicarse.
Permitir seleccionar y disear alternativas de nuevos mtodos de explotacin
en las futuras zonas de explotacin. As como establecer algunas variantes en el
mtodo de explotacin aplicado actualmente.
Permitir mediante el monitoreo geomecnico verificar y validar suposiciones
adoptadas durante las fases de diseo inicial del laboreo minero.
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5. Beneficios de la Geomecnica en estabilidad de taludes:
La estabilidad de taludes en minas a cielo abierto juega un rol importante en el
planeamiento y diseo de la mina durante la operacin de la misma.
Siempre se debe compatibilizar los dos siguientes requerimientos bsicos que
son: la economa y la seguridad de los trabajadores.
La geomecnica en la estabilidad de taludes tiene las siguientes aplicaciones:
Control de estabilidad de taludes en el planeamiento y diseo de una mina.
Control de estabilidad de taludes durante la vida de la operacin.
Controles de falla de taludes en minas a cielo abierto.
Control instrumental en la estabilidad de taludes.
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Falla del Talud en Minera a Cielo Abierto
Falla del talud por no haber tenido un control geomecnico en eldesarrollo de la explotacin de la Mina
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Falla en la estabilidad de un tajeo y labor minera
Falla de la Caja Piso en un Tajeo.
Desprendimiento de una cua de la Caja Piso dela estructura Mineralizada.
Falla en un HASTIAL en un Crucero
Falla en la estabilidad de una labor depreparacin: Hastial Derecho (Pared), formacin
de una cua de tonelaje considerable.
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II. Introduccin
Macrovariables de Evaluacin.
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1. Importancia del estudio de las Macrovariables.
Contar previamente con evaluaciones geomecnicas exhaustivas de los
frentes de avance inestables, es un requisito fundamental en el proceso de
seleccin de las alternativas de sostenimiento para el control de las
inestabilidades subterrneas. Sin embargo, es importante tambin tomar en
cuenta los parmetros operativos de la labor minera a ser estabilizada con
elementos de sostenimiento.
Por ello, es importante la evaluacin de las macrovariables geomecnicas y
operativas para la seleccin de la alternativa o alternativas, de sostenimiento
a ser aplicadas, con el objetivo de brindar un adecuado control de la
inestabilidad,segn la calidad geomecnica y operativa de la zona que
presenta la inestabilidad.
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Existe una relacin directa entre la macrovariable geomecnica y la
macrovariable operativa, la cual radica en una dependencia estrecha entre
ellas, esto durante el proceso de seleccin del tipo(s) de sostenimiento(s) a
ser aplicado(s).
El no realizar la interaccin de dichas macrovariables, podr originar
situaciones nocivas para la seguridad de la operacin minera, reflejadas
en:
Una inadecuada seleccin del tipo de sostenimiento.
La generacin de condiciones sub-estndares.
El sobre - dimensionamiento o sub - dimensionamiento del soporte.
1. Importancia del estudio de las Macrovariables.
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III. Macrovariables de anlisis
Macrovariable Geomecnica y Macrovariable Operativa.
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La evaluacin geomecnica exhaustiva de las labores inestables, correspondeal principio fundamental en la eleccin correcta de la tcnica de
sostenimiento.
La importancia del estudio de la macrovariable geomecnica, deber
considerar los siguientes parmetros geomecnicos bsicos de estudio:
Calidad geomecnica de la zona inestable.
Anlisis de la estabilidad estructuralmente controlada.
Niveles de esfuerzos presentes en la zona de trabajo.
Parmetros mecnicos de la masa rocosa [mdulos]
Anlisis de factores de seguridad, simulaciones.ones.
1. Macrovariable Geomecnica.
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2. Macrovariable Operativa.
La importancia del estudio de la macrovariable operativa y su relacin directacon la macrovariable geomecnica, es un criterio especfico de anlisis para la
seleccin ptima de la alternativa de sostenimiento.
Es importante indicar que se debe tener un buen conocimiento de las
condiciones operativas de la labor minera inestable antes de recomendar
una alternativa de sostenimiento.
Si la interaccin de estas macrovariables no es evaluada en forma analtica y
detallada, podr conducir a la no efectividad de la alternativa de sostenimiento
seleccionada. Generando situaciones nocivas para la seguridad y la
operacin minera (ocurrencia de condiciones sub estndares)
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Durante la evaluacin de la inestabilidad de la labor minera, son analizados, por logeneral, solo los factores geomecnicos para la seleccin de la alternativa de
sostenimiento, sin considerar muchas veces los factores operativos. Lo que
genera:
Sub - dimensionamiento o sobre - dimensionamiento del soporte.
Exposicin a los trabajadores a un mayor riesgo
Aumento de los costos en las actividades de sostenimiento. Alternativas caras.
Aumento de las condiciones de inestabilidad de la labor minera.
Es importante que los supervisores responsables de las recomendaciones de
sostenimiento conozcan, no slo las caractersticas geomecnicas de la zona
inestable, si no que deben asociar la operatividad de la labor minera.
2. Macrovariable Operativa.
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Dentro de los parmetros operativos de estudio, se tienen:
Tiempo de exposicin de la labor minera.
Dimensionamiento de la labor minera.
Accesibilidad a la zona inestable.
Disponibilidad de servicios.
Costos de las alternativas de sostenimiento a ser aplicadas.
Cabe indicar que estos parmetros operativos bsicos expuestos, no tienen un
carcter absoluto, pudiendo adicionar ms factores conforme a las caractersticas
del yacimiento minero. De la misma forma este punto es aplicable para los
factores geomecnicos analizados inicialmente.
2. Macrovariable Operativa.
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IV. Criterios de Seleccin de Anclajes
Seleccin del Sostenimiento de Refuerzo.
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La importancia de la interaccin entre las macrovariables geomecnicas y las
operativas, es el pilar clave para una adecuada recomendacin de
sostenimiento. La iteracin conjunta, es vital para seleccionar en forma
ptima la alternativa de sostenimiento, salvaguardando los intereses de
seguridad, productiv idad y de costos para la compaa minera.
Por lo general, cuando se evala la factibilidad del uso de una alternativa de
sostenimiento [pernos de anclaje], muchas veces es analizada nicamente la
macrovariable geomecnica [condiciones de calidad de roca, evaluacin de la
estabilidad estructuralmente controlada, principalmente], mas no las
caractersticas operativas de la zona inestable, conllevando una incorrectaseleccin de los mecanismos de anclajes [categoras de pernos de anclaje por
adherencia y por friccin].
1. Introduccin.
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La diferenciacin de la categora de los anclajes se efectuar evaluando los
siguientes factores operativos:
Evaluacin del tiempo de exposicin de las labores a sostener.
Capacidades de carga de cada una de las alternativas de anclajes.
Control de Calidad de los elementos de sostenimiento: anclajes.
Anlisis de factores de seguridad.
Dimensionamiento de la labor minera.
Anlisis de los servicios para la aplicacin de la alternativa seleccionada.
Evaluacin de costo beneficio de la alternativa seleccionada.
2. Factores operativos claves.
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La evaluacin del tiempo de exposicin de la labor minera y a la
capacidad de carga que ofrece el anclaje, marcan la base para la
seleccin de la categora de anclaje a utilizar.
Es importante indicar que la evaluacin del primer parmetro, marcar el
filtro para la eleccin de la categora de anclaje a ser aplicado, ya que
asociar el tiempo de exposicin de la labor minera, con las
caractersticas mecnicas de la categora del anclaje.
Cabe indicar que los pernos de anclaje estn agrupados en dos
categoras de refuerzo: adherencia y friccin. Dentro de los cuales se
encuentran agrupados los diversos tipos de anclajes conocidos en el
mercado.
3. Factores operativos claves.
3.1. Tiempo de Exposicin y Capacidad de Carga.
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La evaluacin del tiempo de exposicin, asociada al grado se
seguridad requerida de la labor minera inestable, determinar la
categora de anclajes a ser aplicada.
En esta parte del anlisis, es importante tener claro si la categora del
anclaje seleccionado corresponde a un soporte permanente o si es
que esta corresponde a un soporte temporal.
Esta premisa es importante al momento de seleccionar el tipo de
sostenimiento, ya que las categoras por adherencia estn asociadas
a soportes permanentes, mientas que la categora por friccin esta
asociada a soportes temporales.
3.1.1. Tiempo de Exposicin.
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Como ejemplo de esta seleccin, el sostenimiento de una labor
principal, como el caso de una rampa, deber ser estabilizada
aplicando anclajes por adherencia, ya que tendr un mayor tiempo
de exposicin [sostenimiento permanente] asociado a una capacidad
de carga alta del perno de anclaje, no debiendo aplicarse anclajes
de la categora por friccin.
Una vez seleccionada la categora del anclaje, se tendr que optar por
un tipo de anclaje de la categora de refuerzo para el mejor control de
las inestabilidades subterrneas.
En esta etapa se tendrn que evaluar factores operativos,geomecnicos, mecnicos y de costo beneficio para cada una
de las alternativas de anclajes pertenecientes a dicha categora.
3.1.1. Tiempo de Exposicin.
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Barra Helicoidal
Clasificacin de los Pernos de Anclaje Elementos por Refuerzo
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En tal sentido, las labores mineras que tengan un mayor tiempo de
exposicin, labores permanentes, debern ser estabilizadas con la
dotacin de anclajes de la categora por adherencia, mientras que
las labores mineras que tengan un corto tiempo de exposicin, labores
temporales , debern usar anclajes de la categora por friccin.
Cabe indicar, que en operaciones mineras las cuales tienen
caractersticas geomecnicas particulares como por ejemplo, presencia
de niveles de esfuerzos elevados, se vienen aplicando anclajes del tipo
por adherencia en labores de poco tiempo de exposicin o temporales.
En esta etapa, el planeamiento operativo de minado juega un rolfundamental en la determinacin del tiempo de exposicin de la
labor minera.
3.1.1. Tiempo de Exposicin.
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La capacidad de carga que ofrece el anclaje, esta representada por
el tonelaje que ofrece el anclaje en el control de las inestabilidades
subterrneas y/o superficiales.
En esta etapa, es importante tener en cuenta que existe una diferencia
entre el elemento de sostenimiento antes de ser inserto en la masa
rocosa y el aplicado en el macizo rocoso.
La capacidad de carga del anclaje, es el resultado de la medicin
cuando este se encuentra dispuesto dentro de la masa rocosa. Por ello,
se debe tener claro el concepto de anclaje, el cual resulta de la
asociacin del macizo rocoso, el perno de acero, y losencapsulantes aplicados: cartuchos de cemento, cartuchos de
resina e inyecciones de lechada de cemento.
3.1.2. Capacidad de Carga.
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La capacidad de carga real del anclaje seleccionado, es obtenida
mediante un programa de monitoreo, que consiste en efectuar pruebas
de arranque o tambin llamados ensayos pull tests.
Es importante en esta etapa tener en cuenta que las capacidades de
carga de los anclajes monitoreados, estarn en relacin directa al
dominio geomecnico en el cual fueron aplicados.
Como patrones de evaluacin se debe indicar que los anclajes de la
categora por adherencia, ofrecen las mayores capacidades de carga.
Mientras que los anclajes de la categora por friccin, ofrecen
capacidades de carga menores que los anclajes por adherencia, siendode aproximadamente la tercera parte de capacidad de carga que estos
ltimos.
3.1.2. Capacidad de Carga - Ensayos.
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Ensayos - Pruebas de Arranque
Armado Correcto del Pistn yBase - trpode sobre la Roca
Las lecturas de carga en toneladas sonregistradas mediante el manmetro degliceriana anexado al pistn mediante la
bomba hidrulica.
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Una recomendacin importante a seguir, antes de estandarizar un tipo
de anclaje en el yacimiento, es efectuar los programas de ensayos
con las diversas alternativas de anclajes durante el proceso de
seleccin de la alternativa de sostenimiento.
Con ello se lograr documentar las capacidades de carga reales que
ofrecen los anclajes, en funcin a las condiciones geomecnicas
caractersticas del yacimiento y a los requerimientos de diseo.
Estos programas debern ser desarrollados en los dominios
geomecnicos caractersticos de las labores de preparacin y
explotacin del yacimiento respectivamente, es decir, debern serdiferenciados de los dominios dominantes de cada una de las labores
mineras.
3.1.2. Capacidad de Carga - Ensayos.
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3.1.3. Control de Calidad de los Elementos de Soporte:
Evaluacin de las Propiedades Mecnicas de los Pernos de Anclaje
Evaluacin de las propiedades mecnicas pre instalacin y propiedades
mecnicas post instalacin [simbiosis roca y simbiosis encapsulante]:
Control de Calidad Antes, Durante y Despus de la aplicacin soporte.
Parmetros de Anlisis:
Lmite de Fluencia del Acero. Resistencia a la traccin del Acero.
Capacidades de carga logradas.
Anlisis de curvas deformacin vs carga.
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3.1.4. Anlisis de los factores de Seguridad (FS):
Establecimiento de los Factores de Seguridad a aplicarse en los
diseos mineros para el control de la Estabilidad de las excavaciones.
La determinacin de los factores de seguridad estarn asociadas a los
Tiempos de exposicin de las labores mineras. Es decir los FS estarn
en relacin directa al tiempo de exposicin de las labores a ejecutarse.
El grado de seguridad demandado para la estabilidad de la labor
minera, deber analizarse y controlarse con la alternativa o las
alternativas de sostenimiento a aplicarse, para no caer en un
sobredimensionamiento de dichos sistemas de soporte.
Establecimiento de corridas con ayuda de Software Geomecnicos.
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3.1.5. Dimensionamiento de la labor minera:
Vincula el anlisis de las aberturas expuestas susceptibles a inestabilidad.
En sta etapa, el dimensionamiento - abiertos de las excavaciones,
tomar un papel clave en la eleccin de las alternativas de soporte a
proponer; ya que conjugar factores externos ms complejos cuando ms
grande sea la excavacin.
La determinacin del soporte, estar vinculada al dimensionamiento de los
elementos de sostenimiento a proponer, as como los equipamientos
anexos que sern destinados para la aplicacin del soporte.
Se debe visualizar la capacidad de equipo que cuenta la Empresa Minera,
para la aplicabilidad de los elementos de soporte propuestos. Caso
contrario, de no existir los equipos adecuados proponer sistemas de
reemplazo con la disponibilidad de equipo de la Minera.
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3.1.6. Evaluacin de Costo Beneficio :
En esta etapa es vital la evaluacin de costo beneficio de la alternativa de
perno de anclaje selecciona.
La evaluacin de beneficio de carga es importante, anexada al costo del
anclaje, estableciendo el ndice: USD/Tn. sostenida.
Es decir a que costo sostenemos una tonelada de masa rocosa,
estableciendo de esta forma una optimizacin del sostenimiento aplicado
en la operacin minera, esto contribuir a un mejor control de los costos
de sostenimiento mina.
De otro lado es importante analizar el Servicio Post Venta de los
Proveedores, asociado al beneficio del producto. En esta etapa el servicio
es vital para la estandarizacin y control de la aplicacin efectiva del
anclaje seleccionado.
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Identificacin de la Inestabilidad
Operatividad de la Zona Inestable(Costo Beneficio)
Anlisis de las Var iables de Solucin
Simulacin y Evaluacin
Aplicacin de Alternati va(Matrices de Eleccin - Caso de Similares alternativas)
Monitoreo de la Estabilizacin
Auscul tacin Evaluacin Geomc.
Exposicin Dimensionamiento
Prop.Mecnicas Logstica
Metodologa de Seleccin Alternativas de Soporte
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CITAS
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Los verdaderos lderes son aquellos que lideran con el ejemplo en lugar que por la
intimidacin. El aspecto fundamental del liderazgo es tener poder con las personas,
no imponerse sobre ellas.
Donna Karlin
Nunca considere el estudio como un deber, sino como una oportunidad envidiable de
aprender a conocer la influencia liberadora en el reino del espritu, para su propia
satisfaccin personal y en beneficio de la comunidad a la que su trabajo pertenece.
Albert Einstein
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Gracias por su presencia.
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Mgs. Ing. Martn Flores Palacios.Jefe de Lnea Sostenimiento de Rocas y Geomecnica.
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