UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

DISEÑO Y CONSTRUCCIONES MINERAS SUBTERRANEA

SOSTENIMIENTO CON CERCHAS METALICAS

1. GENERALIDADES

Esta técnica es usado para condiciones del terreno en las cuales exista una importante tendencia al colapso; en donde la roca presenta grandes dificultades durante la excavación, 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 cohesión, tramos colapsados (derrumbes) , etc.

2. CARACTERISTICAS DE CERCHAS METALICAS

Excelente propiedades mecánicas a los esfuerzos de tracción y compresión a los que se ve sometido

Elevado módulo de elasticidad y ductibilidad. Relativa facilidad para su fabricación y moldeado Comparado con la madera son de mayor resistencia, además de

mantener las características resistentes en el tiempo mucho mejor que la madera, la cual se degrada

Es más homogéneo y de fácil control de calidad. Si no se ha superado su límite elástico, los perfiles son

recuperables y reutilizables después de su reconformado en frío, manteniendo sus propiedades resistentes.

2.1 DESVENTAJAS DE CERCHAS METALICAS

Elevado costo comparado, por ejemplo, con el hierro fundido, y su baja resistencia a la corrosión (especialmente en los aceros medios a altos), lo cual implica a menudo métodos de protección frente a la corrosión, como en el galvanizado o pintado de los segmentos, lo cual incrementa su costo y tiempo de instalación.

3. FORMAS TIPICAS DE ENTIBACION

Trapezoidal o cuadrado.- Constituido por tres marcos o vigas, el superior trabaja a flexión y los laterales a pandeo, si existe presión lateral éstos también trabajan a flexión; en la actualidad en labores mineros no se usan.

Cimbra.- Está constituido por segmentos curvilíneos formando un conjunto rígido 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 compresión en la parte inferior del perfil, esfuerzos a los que resiste muy bien el metal en comparación a los esfuerzos de flexión. La forma ideal sería la entibación circular para una distribución uniforme de los esfuerzos.

4. PROPIEDADES DE LOS PERFILES METALICAS

Los perfiles son elementos que se emplean en la construcción de la entibación y pueden estar sometidos a esfuerzos de compresión, torsión, pandeo y flexión. El momento flector Mb permisible para un perfil de resistencia b se puede calcular por la ecuación:

Mb = Wx . b

Wx = Modulo resistente

PROPIEDAD DE LOS PERFILES PREFORMADOS

5. TIPOS DE PERFILES5.1 Perfiles tipo I

La relación Wx/Wy oscila entre 3 y 5. Debido a su gran módulo resistente según el eje X. Están diseñados para soportar esfuerzos de flexión. El perfil I para fortificaciones de excavaciones subterráneas tipo normal GI(1) se emplea en arcos de fortificación de galerías.

5.2 Perfil Pokal es en comparación

al GI asimétrico, ya que su cabeza es más resistente que su pie.

5.3 Perfil de ala ancha o H De mayor uso

actualmente, es simétrico y tiene una relación Wx/Wy favorable, recomendable su empleo para esfuerzos de flexión, se aplican mejor a las paredes.

5.4 Perfil tipo Railes o Carriles

  Generalmente se emplean los rieles usados , recuperándose las rieles de los vías de transporte, no son diseñados para sostenimiento, la relación Wx/Wy es desfavorable, sin embargo se han empleado desde hace mucho tiempo para sostenimiento de galerías.

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 relación Wx/Wy muy cercanos a la unidad. El perfil TH(5) y el perfil Zorés(6) se emplean en galerías y túneles y para sostenimiento de espacios grandes. El perfil en V de Kunstler (7) se usa en galerías de explotación. 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 flexión y pandeo

PERFILES ACANALADOS

PERFIL CERRADO

INSTALACION Y EMPALME DE CERCHAS

CARACTERISTICAS DE LOS PERFILES

TIPO DE PERFIL PESO (kg/m)

Wx (cm3)

Wy (cm3)

Wx/Wy

Perfiles I:1.     Perfil Normal, GI2.     Perfil Pokal3.     Perfil de ala Ancha4.     Perfil de Rail (usado)

39,528,330,131,1

136,0113,0149,3138,0

32,6 33,2 46,0 27,2

4,23,43,35,1

Perfiles Acanalados5. Perfil TH6. Perfil Campana (Zorés7. Perfil en V

29,032,029,5

99,683,5129,0

107,0 74,8104,8

0,91,11,2

Perfiles cerrados8. Perfil Usspurwips II

30,7

168,2

74,8

2,3

6. DIMENSIONAMIENTO DE LAS CERCHAS

Las 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 presión uniforme actuante sobre la bóveda

(Pm = Hp.Pe), donde Pe es el peso específico de la roca y Hp carga de roca.

En el diseño debe tenerse en cuenta la separación 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