UNIVERSIDAD NACIONAL

DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINASc

POR:

ESTRELLA CARBAJAL Kenny

MINERÍA GENERAL

SOSTENIMIENTO

El sostenimiento en minería subterránea es muy

importante, ya que por la naturaleza del trabajo toda labor

que se hace en el interior de la mina se realiza en espacios

vacíos, inestabilizados producto de la rotura de la roca o

mineral extraído; para lograr que se mantenga nuevamente

estable la zona y en condiciones de trabajarla, la zona debe

de redistribuir sus fuerzas, para ello es necesario apoyar

inmediatamente con el refuerzo o el sostenimiento

adecuado, considerando el tipo de rocas, fallas con relleno,

fallas abiertas, etc.

Es todo lo que sirve para contener el desprendimiento de

trozos de roca y proteger al personal, impidiendo el derrumbe

de los techos y de las paredes de las labores mineras.

El sostenimiento o fortificación tiene por objetivo mantener

abiertas las labores durante la explotación, compensando el

equilibrio inestable de las masas de roca que soporta.

En la mayoría de los casos, solamente es necesario que las

labores mineras permanezcan abiertas durante periodos de

tiempo relativamente cortos por ello la función de las

fortificaciones es retrasar el reajuste de las masas de rocas

mas que asegurar un sostenimiento permanente.

Los principios fundamentales que se deben seguir en el diseño y

empleo de estructuras de sostenimiento para fuertes presiones,

constantes o repentinas son:

La estructura debe ser colocada lo mas cerca posible al frente para

permitir solo el mínimo reajuste del terreno antes de dicha

colocación.

Debe ser rígida para que el reajuste que se produce después de la

colocación sea reducida al mínimo.

La estructura debe estar constituido por piezas de fácil construcción,

manipuleo e instalación.

Las partes de la estructura que han de recibir las presiones o

choques mas fuertes deben tener tales características y ubicación

que trabajan con el menor efecto sobre la estructura principal

misma.

Ellas deben interferir lo menos posible a la ventilación y no estar

sujetos a riesgos de incendio.

Su costo debe ser tan bajo como lo permite su buen rendimiento.

El conocimiento de las diversas clases de terreno es fundamental

a fin de determinar la necesidad de sostenimiento de las labores.

Desde el punto de vista práctico podemos dividir los terrenos en

cinco clases:

1.- TERRENO COMPACTO.- Son los terrenos duros, solido o

firme, formado por partículas bien cementados entre ellos

tenemos la mayoría de las rocas ígneas y algunas rocas

metamórficas. Este tipo de terreno no requiere de sostenimiento

es autosostenido.

2.- TERRENO FRACTURADO.- Muestra una serie de planos

paralelos de discontinuidad como los planos de estratificación y

una serie de fracturas o planos de separación los que pueden

estar en diferentes direcciones, aquí se encuentran las rocas

sedimentarias. Requiere solo un sostenimiento ligero.

3.- TERRENO QUEBRADO.- Es aquel que presenta dos o mas

sistemas de plano de discontinuidad o rajaduras. Estas características

no se ofrecen en forma natural en las rocas, sino que es producido

por cambios en las condiciones físicas de ellas y por esfuerzos en la

corteza terrestre. Es necesario un sostenimiento de tipo medio.

4.- TERRENO MOLIDO.- El cual esta formado por ligamentos gruesos

y finos o una mezcla de ambos tamaños, la masa de roca es

completamente discontinua, aquí tenemos las arenas y brechas.

Requiere de sostenimiento de tipo pesado, en esta clase de terreno

las presiones son mayores cuanto mas fino es el tamaño de los

fragmentos.

5.- TERRENOS ARCILLOSOS.- Constituido por rocas casi plásticas

que se deforman bajo la presión. La mayor o menor plasticidad

depende del contenido de agua y la proporción de arcilla, tenemos los

panizos y pizarras. Este tipo de terreno exige un sostenimiento

extremadamente resistente, tales terrenos se deforman fácilmente

bajo la presión.

TERRENO SUAVE TERRENO ARCILLOSO

TERRENO FRACTURADOTERRENO COMPACTO

Madera : Palos, tablas, tacos y cuñas de eucalipto seco.

Para piques pino oregón.

Piedras o roca (muro seco o pircas)

Concreto armado.

Pernos de anclaje

Natural : El techo debe llevarse en forma de arco o

bóveda, ubicando bien los taladros superiores(alzas).

Cuadros de madera : Cuando el terreno es blando, en

lugar de patilla se coloca un palo de madera en el piso

(longarina), en cuyos extremos se paran los postes.

Natural

En filones : Se deja puentes, en los hechaderos y/o caminos, sin

interrumpir los accesos a los mismos. En minería artesanal, los

pilares deben dejarse en los mismos tajeos .

En mantos y cuerpos : A intervalos apropiados dejar pilares para

impedir que caigan planchones de la caja techo, denominándose

cámaras y pilares (Room and Pillar), el método de explotación.

Puntales de maderaSe deben colocar siempre en forma perpendicular a las cajas.

Puntal de línea : Se colocan para reforzar hechaderos de mineral

o construir buzones.

Puntal de seguridad : Sirven para sostener cajas inestables. En la

caja techo llevan una plantilla de madera para dar una mayor

consistencia.

Muros secos o pircasIntercalando con puntales de línea se construyen muros con piedra

o roca caja para sostener rellenos.

Usualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y

materiales utilizados para mejorar la estabilidad y mantener la

capacidad de resistir las cargas que producen las rocas cerca al

perímetro de la excavación subterránea. Se puede clasificar a los

diversos sistemas en dos grandes grupos:

1.- LOS DE APOYO ACTIVO; que viene a ser el refuerzo de la roca

donde los elementos de sostenimiento son una parte integral de la

masa rocosa.

Refuerzo de roca generalmente consisten en sistemas de

empernado o cables que proveen un refuerzo a la masa rocosa

aumentando la resistencia friccional entre bloques que la

componen.

2.- LOS DE APOYO PASIVO; donde los elementos de

sostenimiento son externos a la roca y dependen del movimiento

interno de la roca que esta en contacto con el perímetro excavado.

Soporte, consistente en cerchas de acero o concreto, shotcrete o

cuadros de madera, son diseñados para estabilizar la masa

rocosa mediante el control del colapso progresivo o deformación

de la misma.

En términos simples se dice que el refuerzo en un sistema

“activo” mientras que el soporte es uno “pasivo”.

ACTIVO

Barra Helicoidal

Pernos con Resina

Pernos con Anclaje

(Refuerzo)

ACTIVO Split Set

Swellex

(Refuerzo)

Cables

En la figura se puede observar la acción de la resina que

embebe al perno de roca

Los ángulos de un perno con la superficie de

la roca deben tene 90 grados con un máximo

de inclinación de 10 grados de la vertical y la

platina debe colocarse completamente sobre la

superficie de la roca.

Ejemplos buenos (B y D), ejemplos no

aplicables (A, C y E).

A

B

C

D

Dimensión de los bloques (X) a soportar

Profundidad de las capas (X) a soportar

L \ E = 1,75

L = 1,4 + (0,18 X W)

longitud del perno (L) = X + .75 M

longitud del perno (L) = X + .75 M

L = longitud del perno, E = espaciamiento de los pernos

L = longitud del perno, A = ancho de la apertura en metros

LONGITUD Y ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE

SOSTENIMIENTO

ANGULOS DE INSTALACION

PASIVO

Malla

Cintas Metalicas

Cimbras

(Soporte)

PASIVO

Shotcrete

Cuadros de Madera (Soporte)

Cuadro recto

Cuadro cónico

Cuadro cojo

A) SOSTENIMIENTO CON MADERA.- La madera es el material de

sostenimiento mas accesible y económico, dotado de alta resistencia mecánica

y de gran maniobrabilidad, su defecto es que tiene poca durabilidad debido a la

putrefacción y su combustibilidad.

En labores mineras se emplea como sostenimiento los cuadros de madera, la

madera empleada más económica es el eucalipto, el pino solo es utilizado en

piques. Estas maderas pueden ser tratadas con antisépticos para aumentar su

durabilidad de 2 a 3 veces más. También su durabilidad aumenta cuando hay

una buena ventilación.

El sostenimiento en las minas se distingue, el sostenimiento permanente y

provisional. Es permanente el sostenimiento cuando tiene que durar tanto

tiempo como la galería misma y el sostenimiento provisional en tajeos de

avance.

En sostenimiento de labores mineras se emplean los

siguientes tipos de sostenimiento:

La construcción de los cuadros de sostenimiento depende del tipo,

misión, forma y dimensiones de la sección de la galería, la magnitud de la

presión de la roca. Se tiene los siguientes tipos de cuadros:

CUADROS RECTOS.- Es del tipo mas sencillo que consta de un

sombrero soportado por dos postes verticales. Estos cuadros son

empleados cuando hay poca presión del terreno en el techo y en las

cajas laterales.

CUADROS CÓNICOS.- Estos cuadros se emplean cuando hay fuerte

presión del terreno en el techo y cajas laterales. Los cuadros se colocan

en forma trapezoidal recortando la longitud del sombrero e inclinando

los postes a ángulos de 78° a 80°.

CUADROS CON SOLERA.- Son cuadros completos constituidos por: un

sombrero, dos postes y una solera. Estos cuadros son empleados cuando

existe una presión del terreno que actúa desde el piso y cuando las rocas

que integran al piso son débiles, con el fin de prevenir el hundimiento de

los postes.

La resistencia a la flexión, tensión, compresión depende de la

estructura fibrosa y de los defectos de la madera.

La humedad ,no es resistente.

Los hongos afectan en la humedad con poca ventilación y la

madera se pudre.

No es conveniente que la madera trabaje a la flexión, mejor

trabaja a la compresión paralelo a las fibras.

B) SOSTENIMIENTO CON ACERO.- Es uno de los materiales de

sostenimiento mas perfecto, dotado de alta resistencia mecánica y

resistencia al fuego, y que soportan bien los esfuerzos de la tracción.

Para la fortificación de las labores subterráneas se utilizan los aceros en

forma de distintos perfiles laminados: vigas en doble T y en U, vigas en

media caña, rieles y acero angular. Para las uniones de los elementos

se utilizan piezas de sujeción metálicas (abrazaderas).

Su defecto de estos materiales metálicos es su corrosibilidad bajo la

acción del agua acida de mina, gases y la humedad, su costo es muy

alto.

C) SOSTENIMIENTO CON CONCRETO ARMADO.-

Esencialmente se usa el hormigón, que es un material de

construcción obtenido al fraguarse la mezcla del cemento, arena,

cascajo o piedra chancada a una proporción no mas rica que la

proporción de 1, 11/2, 3 ni mas pobre que la proporción 1, 2, 4.

Pues la resistencia del concreto es mas pobre así equivale a la de

madera un buen término medio de proporción de mezcla es: 1, 2,

3.

En este tipo de sostenimiento se debe tener en cuenta que el

vaciado a mano es imperfecto, siendo preferible el empleo de

equipo liviano a presión, en el amiente húmedo el tiempo mínimo

para el fraguando es de 28 días y que durante los 90 días la

mezcla continuará endureciéndose. Si se desea que el fraguado

sea con mayor rapidez se puede emplear un aditivo de fraguado

rápido así como la sika.

La resistencia del concreto armado es mucho mas la compresión que

a la tensión, sin embargo reforzándolo con acero (fierro corrugado o

rieles usados) se consigue aumentar su capacidad a resistir la flexión.

Estos sostenimientos se emplean en terrenos arcillosos.

D) SOSTENIMIENTO CON PERNOS DE ANCLAJE Y BARRAS

ESTABILIZADORAS.- El sostenimiento con pernos de anclaje se

emplea para la fortificación de las galerías, tajeos en arranque, rocas

débiles y semiduras, como también en rocas estratificadas y fisuradas.

Los pernos se colocan perpendicularmente a la estratificación. Estos

pernos son de acero, para fortificar la galería se perfora taladros en el

techo, los costados y a veces por todo el perímetro y en esos taladros

se colocan y se fijan los pernos que sujetan las rocas. También para

fortificar una galería o un frente en explotación se emplean las barras

estabilizadoras (Split Set), que tienen la misma función que los pernos

de anclaje, para ser colocados se preparan taladros y con la misma

máquina perforadora se introduce a los taladros.

Además de los cuatro elementos normales del cuadro de madera (sombrero, postes y

solera), contiene otros de menor sección llamados: bloques, cuñas, encribados o

emparrillados, enrejados y entablados.

SOMBRERO.- Es un elemento principal de un cuadro, se coloca sobre los dos

postes, normalmente esta sujeto a esfuerzos de compresión paralelo a las fibras

por recibir la presión de las cajas y paredes laterales de una veta, sin embargo

en terrenos arcillosos pueden estar sometidos también a esfuerzos de flexión.

POSTES.- Es otro de los elementos principales de un cuadro, se colocan en

forma vertical o inclinado. Desarrollan esfuerzos de compresión paralelo a las

fibras debido a la carga que toman del techo y la reacción que provocan al piso

de la labor. Sin embargo cuando la longitud de los postes pasa de cierto límite

esos trabajan a la flexión, es recomendable que el largo de un poste no sea

mayor que 10 a 12 veces a su diámetro, si un poste es de 8’’x8’’ se pueden usar

postes de 96’’(8’).

SOLERA.- Se colocan en la parte inferior del cuadro. Esta sometida en

sus extremos a esfuerzos de compresión perpendicular a las fibras por

recibir la presión del techo a través de los postes de reacción del piso

directamente. Además en terrenos arcillosos que presentan empujes del

piso, la solera trabaja a flexión apoyado sobre los postes.

TIRANTES.- Es un elemento del cuadro de madera que se coloca al

costado lateral del sombrero, en algunos casos se utiliza para separar

cuadros.

BLOQUES.- La finalidad principal es mantener firmemente las estructuras

de sostenimiento hasta que sean fijadas por la propia presión del terreno,

pero también sirven para transmitir las cargas de dicho terreno a los

elementos principales del sostenimiento. Además los bloques deben servir

para enfrentar en cada unión de piezas de la estructura a dos fuerzas

opuestas y alineadas que precisamente representan el esfuerzo.

CUÑAS.- Las cuñas se utilizan prácticamente en todos los trabajos de

sostenimiento con madera al igual que los bloques, tienen por objeto mantener en

su lugar los elementos de sostenimiento, hasta que las presiones del terreno las

sujeta definitivamente.

ENCRIBADOS O EMPARRILLADOS.- Cuando el techo de una labor se ha

elevado mucho esto ocurre en terreno suelto (arcilloso), será necesario una

estructura auxiliar de madera para tomar la presión del terreno sobre el

sostenimiento. Esta estructura auxiliar llamada encribado o emparrillado se

construye sobre el puente del cuadro o directamente sobre el sombrero.

ENREJADOS Y ENTABLADOS.- Estos elementos auxiliares del sostenimiento

tienen por objeto impedir la caída de trozos de roca del techo o de las cajas

laterales. Se les llaman enrejados cuando están constituidos por redondos de 4 a 6

pulgadas de diámetro colocados con una separación de 3 a 4 pulgadas. También

se pueden confeccionar de redondos partidos longitudinalmente por la mitad.

Cuando están conformados por tablas toman el nombre de entablados, se emplean

tablas de 2 a 4 pulgadas de espesor y de 6 a 10 pulgadas de ancho con una

longitud igual a la distancia de centro a centro de cuadros.

CUADRO RECTO

CUADRO CÓNICO

CUADRO COJO