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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.

    Corporacin Aceros Arequipa S.A.E. Mail: [email protected] / [email protected]

    Telfono: 5171800 anexo 3321

    Visite nuestra pagina Web para mayor informacin: www.acerosarequipa.com