Conocimientos Generales de minería subterranea

CAJAMARCA 2014 II

CAJAMARCA SETIEMBRE DEL 2015

DOCENTE: ING WILVER MORALES CESPEDES EAPIG-UNC

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFacultad: INGENIERÍA

Escuela académico profesional: INGENIERÍA MINAS

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE TUNELES

CAPITULO IINTRODUCCION

GENERAL




Importancia del diseño un túnel


El túnel empieza de la necesidad de superar un obstáculo natural, generalmente un macizo montañoso. Pero, existen otras barreras que se pueden salvar mediante túneles como los cursos de agua, fluviales o marinos, y las zonas urbanas densamente edificadas en las que a menudo se incorporan túneles.




Entre los usos más frecuentes pueden enumerarse:

•Los túneles para vehículos,

•Redes de ferrocarril urbano o Metros,

•Uso peatonal,

•Abastecimiento de agua,

•Saneamiento,

•Galerías de servicio y

•Almacenamiento de residuos.

TUNELES PARA EXTRACCION DE MINERALES DOCENTE: ING WILVER MORALES CESPEDES EAPIG-UNC



DESARROLLO DE TUNELES MINEROS

•Elección de la sección necesaria. •Naturaleza del terreno. •Elección del método. •Equipo de carga •Avances mecanizados. •Minadores, Tuneladoras, Obras especiales. •Equipo de perforación. •Explosivos para minas. •Voladuras, esquema de tiro •Métodos de sostenimiento (entibación). •Ventilación de galerías





ELECCION DE LA SECCION NECESARIA

• ¿Para que es la galería?. • ¿Qué duración va a tener?. • ¿Cuál es su finalidad?. • ¿Qué tipo de transporte usaremos? • ¿Galería en horizontal, inclinada o en dirección?




ELECCION DE LA SECCION NECESARIA. • Sección normal (de 5 a 8 m2 ), galerías para talleres de explotación manual-max 300m.




ELECCION DE LA SECCION NECESARIA

• Sección media (de 9 a 12m2 ), galerías de tajos mecanizados.




ELECCION DE LA SECCION NECESARIA • Sección grande (mas de 12m2 ), galerías principales de transporte, con bandas, doble vía, galerías de ventilación.




NATURALEZA DEL TERRENO • Un factor determinante que influye en el avance de la galería. • Pueden ser: carbón, pizarra, arenisca, caliza. • La resistencia a la compresión, determina el método de arranque. Por encima de 50 Mpa el arranque con minador no es posible. • Es muy importante conocer la resistencia a la compresión de los terrenos a pasar.




ELECCIÓN DEL METODO

• ARRANQUE DEL TERRENO. • CARGUIO.

• TRANSPORTE. • SOSTENIMIENTO.



ELECCIÓN DEL METODO • ARRANQUE DEL TERRENO. • Martillo picador manual. • Martillo picador mecánico. • Explosivos. • Cemento expansivo • Minador. • Tuneladora.





ELECCIÓN DEL METODO • CARGUIO:• Pala manual. • Pala neumática. • Pala electrohidráulica. • Minador. • Scraper. • Tuneladora. • Cargador mecánico especial.





• TRANSPORTE: • Carretilla. • Vagonetas. • Transportador blindado (panzer).• Faja transportadora.




• SOSTENIMIENTO: • Sin sostenimiento. • Madera. • Arcos de acero. • Bulonaje, (con resina, hidráulicos, de acero, acero inox, material plástico,…..).





ELECCIÓN DEL METODO • Según la inclinación de la galería: • Horizontales • Inclinados : – Hasta 18º. – Hasta 30º. – A partir de 30º • Pozos verticales. – Con acceso por abajo. – Sin acceso por abajo.




METODO MAS USADOS • Avance con pala neumática y voladura: • Galerías horizontales.




METODO MAS USADOS

• Avance con minador. • Hasta 16º.




METODO MAS USADOS • Avance con minador. PK • Hasta 16º. • Para carbón.




METODO MAS USADOS • Avance con tuneladora (Topo). • Horizontal.




METODO MAS USADOS • Avance con tuneladora. • Horizontal. Sección circular.




METODOS DE EXCAVACION MEDIANTE PERFORACION Y VOLADURA




EQUIPO DE PERFORACION

• Martillos ligeros: de peso inferior a 18 kg. • Martillos medios: de 18 a 27 kg. • Martillos pesados : peso superior a 27 kg.




• Elección del martillo, depende de:

• La naturaleza del terreno. • La presión de aire comprimido disponible. • Las condiciones del trabajo del frente.






• Velocidad de perforación, depende de: • La practica del obrero. • La dureza y clase de roca. • El tipo de martillo y estado del mismo. • Del afilado de las barrenas. • De la presión del aire comprimido. • De la presión del agua.




EQUIPO DE PERFORACION Jumbos: • Neumáticos. • Electrohidráulicos. • De uno, dos o mas brazos. • Requieren secciones mayores • Mayor velocidad de perforación




Condiciones del Macizo Rocoso en un Túnel




•Dan idea preliminar de la calidad del macizo rocoso y su variabilidad. •Desarrollados para estimar soportes en túneles con bases empíricas. • Uso para etapas tempranas del proyecto. • Check list de las variables involucradas en el problema. • No reemplazan métodos mas detallados y específicos de diseño.

CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS EN TUNELES




• RMR y Q son los sistemas mas ampliamente usados. • Ambos incorporan parámetros “ingenieriles” geométricos, geológicos, y se obtiene un “VALOR” de la calidad del macizo rocoso. • Muchos de los parámetros son subjetivos y requieren experiencia para juzgarlos • En lo posible usar mas de un sistema de clasificación y compararlos. Existen correlaciones ej. RMR = 9 log Q + 44

CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS - COMENTARIOS




ESFUERZOS INDUCIDOS POR PLEGAMIENTOS




PLANTEAMIENTO GENERAL DEL

DISEÑO DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

TIPOS DE ROTJURA EN DIFERENTES

MACIZOS ROCOSOS Y DIFERENTES

NIVELES DE TENSION (HOECK, 1995)



La ocurrencia de cualquiera de estos tipos o fenómenos de inestabilidad puede ser causada por: 1. Localización inadecuada de la excavación respecto al buzamiento y dirección de los estratos, 2. Inadecuada selección de la forma y dimensiones de la sección transversal, 3. Ausencia de sostenimiento cuando éste es necesario, 4. Efecto nocivo de las excavaciones o minados adyacentes, 5. Instalación deficiente del sostenimiento, 6. Empleo de un sistema de sostenimiento inconveniente, 7. Efectos negativos producidos por pilares, macizos, remanentes de capas dejados por encima o debajo de la excavación, 8. Efectos dinámicos como terremotos, explosiones de polvo de carbón o gas, etc. 9. Cambios bruscos en las condiciones térmicas en el macizo que rodea a la excavación.

PLANTEAMIENTO GENERAL DEL DISEÑO DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS





ESTRATEGIA DE DISEÑO GEOTECNICO Se requiere de suficiente INVERSION en Investigaciones geológico – geotécnicas e hidrogeológicas para lograr un proyecto ajustado a la realidad sin mayores riesgos. Se debe desarrollar métodos de diseño mas exhaustivos, que permitan abordar TODAS las posibilidades situaciones típicas y extraordinarias posibles en la fase de construcción. El método debe ser TRAZABLE en todo su desarrollo, para así permitir la actuación de cualquier Consultor o Asesor y pueda ser ajustado en cualquier fase de su desarrollo.

LA SOCIEDAD AUSTRIACA DE GEOMECANICA HA EMITIDO LA PRIMERA METODOLOGIA OFICIAL DE DISEÑO GEOTECNICO DE TUNELES EN EL AÑO DE 2003 ACTUALMENTE ESTA SE IMPONE COMO NORMA PARA SU APLICACIÓN EN EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCION DE TUNELES




ESTRATEGIA DE INVESTIGACIONES GEOLOGICO - GEOTECNICO




FACTORES GEOLÓGICOS QUE GRAVITAN EN EL ÁMBITO DEL TÚNEL

1. Geomorfológico2. Litoestátigráfico3. Geoestructurales4. Hidrogeológico5. Geodinámico6. Estado de esfuerzos7. Del medio

Ambiente




Áreas Típicas de Excavación

a. Hidráulicob. Hidráulicoc. Hidráulico –

Vialidadd. Minería Hidráulicoe. Exploratoriof. Mineríag. Vialidadh. Vialidadi. Vialidad




CLASIFICACIÓN de Túneles según su uso

• SEGÚN SU USO:• Túneles para agua • Túneles para alcantarillado y drenaje • Túneles de corte y cubierta • Túneles de carretera y ferrocarriles

• SEGÚN TIPOS DE SUELOS:

• Túneles en roca • Túneles en materiales firmes




Túneles para aguaTúneles para agua Túneles para alcantarilladoTúneles para alcantarillado y drenajey drenaje

Túneles de corte y cubiertaTúneles de corte y cubierta Túneles de carretera y ferrocarrilesTúneles de carretera y ferrocarriles




Clasificación de Rabcewicz




EXCAVACIONES MECANICAS TBM (TUNNEL BORING MACHINE)




Una tuneladora, T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) o minador a sección completa es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de un sostenimiento si este es necesario, ya sea en forma provisional o definitiva.

La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica), aun cuando también existen tuneladoras menos mecanizadas sin cabeza giratoria. El empuje necesario para adelantar se consigue mediante un sistema de gatos perimetrales que se apoyan en el último anillo de sostenimiento colocado o en zapatas móviles (denominadas grippers), accionados también por gatos que las empujan contra la pared del túnel, de forma que se obtiene un punto fijo desde donde empujarán

EXCAVACIONES MECANICAS TBM (TUNNEL BORING MACHINE)




TIPOS DE TUNELADORAS

Se distinguen dos grandes grupos: los topos y los escudos, aun cuando también existen tuneladoras mixtas

TOPOSLos topos son tuneladoras diseñadas para excavar rocas duras o medianas, sin demasiadas necesidades de sostenimiento. Su diferencia fundamental con los escudos es que no están dotados de un cilindro de acero tras la rueda de corte que realiza la función de entibación provisional



ESCUDOSLos escudos son tuneladoras diseñadas por excavar rocas blandas o suelos, terrenos que necesitan sistemáticamente la colocación de un sostenimiento. A diferencia de los topos, los escudos cuentan con una carcasa metálica exterior (que da el nombre a este tipo de máquina) que sostiene provisionalmente el terreno desde el frente de avance hasta algo más allá de donde se coloca el sostenimiento definitivo, normalmente consistente en anillos formados por unas 7 dovelas. De este modo, se garantiza en todo momento la estabilidad del túnel. A menudo están preparadas para avanzar bajo el nivel freático.


DOS GRANDES GRUPOS DE ESCUDOS•ESCUDOS DE FRENTE ABIERTO Frente es estable

•FRENTE CERRADO

Terrenos marcadamente no estables como suelos no cohesivos, saturados de agua




DOBLE ESCUDOOtra modalidad de tuneladora es la denominada Doble Escudo, capaz de trabajar como topo o como escudo, en función de la calidad del macizo rocoso, siendo la mejor solución para macizos con tramos de tipología variable suelo-roca. En este tipo de tuneladoras el escudo está dividido en dos partes, la delantera en la que se encuentra la cabeza de corte, y la zona trasera en la que se realiza el montaje del anillo de dovelas.El movimiento de estas dos partes del escudo es independiente, situándose los "grippers" en un hueco abierto entre ambas, por lo que la cabeza puede excavar mientras que en la cola del escudo se van montando los anillos de dovelas. De esta manera los rendimientos alcanzados con este sistema son mucho mayores que con un escudo simple.




TUNELADORAS M-30 MADRID

Maquina de 4.6 toneladas

Potencia de 12000 kilovatios

107 metros de longitud15.2 metros de

diámetroCosto 40 millones euros

Pueden hacer túneles de autovía de tres carriles a bajo costo y rapidez




Tuneladoras fueron capaces de empujar 31.700 toneladas

Perforar 24 a 36 metros

Peso: 4.364 toneladasLongitud: 100 m

Diametro exterior: 15.20 mCapacidad empuje: 316.000

KNRendimiento maximo:

36m/DiaLongitud tunel excavado:

3526mPotencia instalada: 22.000 Kw

TUNELADORAS M-30 MADRID

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