UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

DISEO Y CONSTRUCCIONES MINERAS SUBTERRANEA

SOSTENIMIENTO CON CERCHAS METALICAS

1. GENERALIDADESEsta tcnica es usado para condiciones del terreno en las cuales exista una importante tendencia al colapso; en donde la roca presenta grandes dificultades durante la excavacin, zonas de rocas fuertemente fracturada, cruces de fallas, contactos con agua o materiales fluyentes (lodos, arenas, etc.), cruces de zonas en rocas comprimidas y expansivas, rocas deleznables donde no existe cohesin, tramos colapsados (derrumbes) , etc.

2. CARACTERISTICAS DE CERCHAS METALICASExcelente propiedades mecnicas a los esfuerzos de traccin y compresin a los que se ve sometidoElevado mdulo de elasticidad y ductibilidad.Relativa facilidad para su fabricacin y moldeadoComparado con la madera son de mayor resistencia, adems de mantener las caractersticas resistentes en el tiempo mucho mejor que la madera, la cual se degradaEs ms homogneo y de fcil control de calidad.Si no se ha superado su lmite elstico, los perfiles son recuperables y reutilizables despus de su reconformado en fro, manteniendo sus propiedades resistentes.

2.1 DESVENTAJAS DE CERCHAS METALICASElevado costo comparado, por ejemplo, con el hierro fundido, y su baja resistencia a la corrosin (especialmente en los aceros medios a altos), lo cual implica a menudo mtodos de proteccin frente a la corrosin, como en el galvanizado o pintado de los segmentos, lo cual incrementa su costo y tiempo de instalacin.

3. FORMAS TIPICAS DE ENTIBACIONTrapezoidal o cuadrado.- Constituido por tres marcos o vigas, el superior trabaja a flexin y los laterales a pandeo, si existe presin lateral stos tambin trabajan a flexin; en la actualidad en labores mineros no se usan.

Cimbra.- Est constituido por segmentos curvilneos formando un conjunto rgido o deslizante. su ventaja es como en la parte superior es convexa, el terreno al apoyarse en esta zona las tensiones dan lugar a esfuerzos de compresin en la parte inferior del perfil, esfuerzos a los que resiste muy bien el metal en comparacin a los esfuerzos de flexin. La forma ideal sera la entibacin circular para una distribucin uniforme de los esfuerzos.

4. PROPIEDADES DE LOS PERFILES METALICASLos perfiles son elementos que se emplean en la construccin de la entibacin y pueden estar sometidos a esfuerzos de compresin, torsin, pandeo y flexin. El momento flector Mb permisible para un perfil de resistencia b se puede calcular por la ecuacin:

Mb = Wx . bWx = Modulo resistente

PROPIEDAD DE LOS PERFILES PREFORMADOS

5. TIPOS DE PERFILES5.1 Perfiles tipo I La relacin Wx/Wy oscila entre 3 y 5. Debido a su gran mdulo resistente segn el eje X. Estn diseados para soportar esfuerzos de flexin. El perfil I para fortificaciones de excavaciones subterrneas tipo normal GI(1) se emplea en arcos de fortificacin de galeras.

5.2 Perfil Pokal es en comparacin al GI asimtrico, ya que su cabeza es ms resistente que su pie.

5.3 Perfil de ala ancha o H De mayor uso actualmente, es simtrico y tiene una relacin Wx/Wy favorable, recomendable su empleo para esfuerzos de flexin, se aplican mejor a las paredes.

5.4 Perfil tipo Railes o Carriles - Generalmente se emplean los rieles usados , recuperndose las rieles de los vas de transporte, no son diseados para sostenimiento, la relacin Wx/Wy es desfavorable, sin embargo se han empleado desde hace mucho tiempo para sostenimiento de galeras.

5.5 Perfiles Acanalados Se fundamentan en el perfil deslizante o perfil Toussaint y Heintzman (TH), muy resistente al pandeo como consecuencia del valor de la relacin Wx/Wy muy cercanos a la unidad. El perfil TH(5) y el perfil Zors(6) se emplean en galeras y tneles y para sostenimiento de espacios grandes. El perfil en V de Kunstler (7) se usa en galeras de explotacin. Los perfiles cerrados(8) se emplean desde hace mucho tiempo, los valores Wx/Wy alcanzan valores de 1- 2,5 por lo que soportan bien los esfuerzos de flexin y pandeo

PERFILES ACANALADOS

PERFIL CERRADO

INSTALACION Y EMPALME DE CERCHAS

CARACTERISTICAS DE LOS PERFILES

6. DIMENSIONAMIENTO DE LAS CERCHASLas cargas sobre Cimbras dependen de la variedad del estado de las rocas, que van desde muy fragmentadas hasta trituradas. En la fig se aprecia el comportamiento de la sobrecarga.

DIMENSIONAMIENTO DE CERCHAS El dimensionamiento de las cerchas se procede mediante la presin uniforme actuante sobre la bveda (Pm = Hp.Pe), donde Pe es el peso especfico de la roca y Hp carga de roca.En el diseo debe tenerse en cuenta la separacin entre cerchas, la facilidad de montaje, la seguridad frente al pandeo local, etc. Normalmente las cerchas se componen de varios segmentos que se unen en obra mediante piezas especiales. Cuando los empujes son muy grandes se emplean las llamadas CERCHA DE COLOSIA.

ZONA CARGADO SOBRE LA CERCHA