SOSTENIMIENTO Y GEOMECANICA

SOSTENIMIENTOClases de Sostenimiento.

1.- Sostenimiento Pasivo.

Sostenimiento con madera.Instalación de Pernos .Instalación de Shotcrete

2.- Sostenimiento Activo.Instalación de pernosInstalación de Shotcrete con fibra.Instalación de Shotcrete con pernos y/o fibra.

Instalación de Arcos de Fierro deslizantes..

SOSTENIMIENTO PASIVO Este tipo de sostenimiento se caracteriza porque no ejerce esfuerzos sobre el macizo rocoso desarrollando su capacidad resistente a medida que la roca se deforma.

• El mas conocido es el sostenimiento con madera: Cuadros, puntales, wood pad, cribing, etc.

• Concreto lanzado solo.• Instalación de Pernos • Cimbras metálicas

SOSTENIMIENTO ACTIVO

Este tipo de sostenimiento tiene las siguientes características:

1. Ejerce esfuerzos predeterminados a la superficie del macizo rocoso, asimilando presiones ocasionadas por el terreno.

2. Su instalación es rápida, aumentando la productividad y haciendo la operación mas segura.

3. Se instala en todo tipo de excavación subterránea.4. Necesita poco mantenimiento a lo largo del tiempo.5. Es muy versátil.6. Menores costos de instalación y mantenimiento.7. Existen sistemas de mecanización muy avanzados en lo

que respecta a este tipo de sostenimiento.

INSTALACION DE PERNOSLa clave del éxito de este tipo de soporte, al igual que los otros tipos de sostenimiento es de impedir que la roca se desintegre, para lo cual se reducen los movimientos de la roca, de esta manera la roca adyacente a la labor se transforma en un elemento activo del sistema de soporte y virtualmente conforma un arco autosoportante.En este tipo de sostenimiento se deben de tener en cuenta lo siguiente:

En roca de buena calidad la función principal del empernado es evitar la caída de bloques o planchas de roca evitando así la desintegración del macizo (pernos ocasionales).

efecto la cuña.

EFECTO VIGA•En rocas estratificadas o con sistemas de fracturas paralelas el perno ayuda a sostener el desplazamiento relativo de los estratos o lajas, aumentando la rigidez de la viga compuesta creando ligazón entre bloques .

EFECTO ARCO•En rocas incompetentes el empernado sistemático confiere nuevas propiedades al macizo que rodea la labor, de tal manera que se modifica su comportamiento aumentando la cohesión.

• La excavación de labores aledañas pueden alterar el equilibrio del sistema de empernado.

• Los elementos que conforman el perno tales como varillas, conchas de expansión, planchas de apoyo, etc se pueden deteriorar; en mayor o menor grado, por efecto de la corrosión.

TIPOS DE PERNOS DE ANCLAJE

El tipo de perno de anclaje a utilizar depende de la resistencia mecánica necesaria que se necesite y de las características de alteración, dureza, etc. de la roca. Existen los siguientes tipos de pernos de Anclaje:• Pernos de Expansión: Se caracterizan porque el perno esta directamente en contacto con la roca, realizando esfuerzos radiales de compresión. Entre ellos tenemos: Split set, Swellex y de cabeza expansiva.•Pernos de Adhesión: Son pernos que están unidos a la roca a través de otro material (cemento o resina). Entre ellos tenemos: Pernos de Fierro corrugado, Pernos de Fierro Helicoidales (aceros arequipa) y Cable Bolts.

• SPLIT SET: Es un tubo partido de 38-41 mm. Que al ingresar al taladro se comprime. Se utiliza en sostenimientos temporales. Se debe tener en cuenta lo siguiente cuando se realice su instalación:

- El diámetro del taladro debe estar entre 35 a 38 mm.

- El esfuerzo a la tracción debe de ser como minimo 0.85 tn/pie.

- Las placas deben de estar en contacto directo con la roca.

- En caso de instalarse con malla esta, se debe presentar con gatas mecánicas y ganchos de de Fe. de ½”.

• Pernos Swellex: Es un tubo sellado de diámetro de 28 mm. que se introduce dentro del taladro y posteriormente se expande con presión de agua (30 mpa.) quedando en contacto con la roca. Se debe de tener en cuenta lo siguiente:- El diámetro del taladro no debe de ser mayor a 38 mm. Ni menor de 33 mm.- El esfuerzo a la tracción debe de ser como mínimo 1.25 tn/pie.- Las placas deben de estar en contacto directo con la roca.- Al inyectar el agua la presión no debe ser menor a 5 bares.

Pernos de Fierro Corrugado-Helicoidales: Es uno de los sistemas de anclajes que mas se usa en la actualidad para sostener labores permanentes. Se pueden instalar con cemento en mortero, cemento embolsado (cembolt) o con resina (rápida o lenta) dependiendo del tiempo de fragua que se necesite. Se debe tener en cuenta lo siguiente cuando se elija instalar este tipo de perno:

- Una vez instalado el mortero, cembolt o resina el perno debe de ingresar con rotación.

- El esfuerzo a la tracción debe de ser como mínimo 2.0 tn/pie.- El perno debe de tensarse (usando un torquimetro) hasta un torque de 1 tn/pie, luego de que el material cementante halla fraguado.

- Las placas deben de estar en contacto directo con la roca.

INSTALACION DE MALLALa malla es un sistema de refuerzo que se utiliza en zonas muy fracturadas sola o con concreto lanzado. En CMASSA se utiliza la malla electro soldada. Esta consiste en una cuadricula de 3”X3” y alambre de 4 mm. La forma correcta de instalar la malla es la siguiente:

• Marcar con pintura los puntos en donde se va a instalar los pernos y ganchos, para lo cual se debe de tener en cuenta la dirección de las fracturas, cuñas, geometría de la labor, etc.

• Presentar la malla, asegurándola con cuatro gatas hidráulicas o mecánicas en la zona a perforar. Instalación de escalera de tijera sí la labor esta muy alta, en lo posible este trabajo se debe de realizar sobre carga.

• Posición adecuada de la perforadora y Perforación de 30 cm. para asegurar con ganchos la presentación de la malla. Una vez presentada la malla se perfora el taladro para perno .

• La malla debe estar pegada en su totalidad a la roca.

MALA INSTALACION DE MALLA

EN LA FOTOS ADJUNTAS SE OBSERVA LA MALA COLOCACION DE LA MALLA, YA QUE ESTA UBICADA ENTRE DOS FALLAS, DEBIENDOSE INSTALAR A PARTIR DE 1.5 MT DE ALTURA Y DE HASTIAL A HASTIAL. ADEMAS LA DIRECCION DE LOS PERNOS NO ES LA MAS ADECUADA Y ESTAN COLOCADOS EN LA FALLA.

FOTO 1:Se aprecia que no existe traslape entre ambos tramos de malla. Este debe de ser de 20 cm. como mínimo y los pernos deben de estar entre 75 a 100 cm.

FOTO 2:Se aprecia que la malla no esta bien pegada a la roca, lo cual produce bolsonadas entre la malla y la roca. La malla debe estar pegada ala roca en un su totalidad.

FOTO 1

FOTO 2

FORMA CORRECTA DE INSTALAR MALLA

EQUIPO MECANIZADO PARA PERNOS

PROCEDIMEINTO DE CONTROL PARA SOSTENIMIENTO

1. El conteo de pernos, malla, cuadros, puntales, etc. Se realizara durante el mes, no a fin de mes como venia ocurriendo hasta el momento y estará a cargo del Area de Geomecánica.

2. Todo perno para ser aprobado debe cumplir con lo siguiente:- Si es puntual debe de estar bien direccionado.- Si es sistemático debe ser instalado en forma radial.- Se debe tener en cuenta la dirección de las fracturas principales.- Al realizar la prueba de arranque el resultado no debe ser menor a 0.85Tn/Pie (para split set), 1.25 Tn/pie (para swellex) y 2.5 Tn/pie (para fierro corrugado y helicoidal), caso contrario habrá un castigo de 30 pernos de descuento.- No debe de colocarse en una fractura.- De no cumplirse uno de las anteriores observaciones el perno no sera valorizado.

3. En el caso de la malla, esta debe cumplir con lo siguiente:- Estar pegada a la roca en su totalidad.- El traslape entre malla y malla debe estar entre 20 y 30 cm.- La malla a instalar sera solo y únicamente la malla electro soldada, en casos excepcionales se permitirá utilizar malla de Gallinero y se instalara doble.- Se realizara un Precio Unitario para la instalación de malla.

4. Bajo ningún concepto se debe de utilizar plantillas de madera. Si se encuentran pernos con este tipo de dispositivo el perno será rechazado.

5. Ver los estándares de instalación de perno, malla, concreto lanzado y arcos de acero, los mismos que serán entregados a las contratas en el mas breve lapso, tanto en copia electrónica como en papel.

6. En forma diaria el contratista debe presentar al Area de Geomecánica sus ordenes de trabajo de todo tipo de sostenimiento, con visto bueno del ingeniero que ordeno realizar dicha labor, teniendo un plazo máximo de dos días, posteriores a la culminación de dicho trabajo. Sin dicho documento no se reconocerá ningún tipo de reclamo.

7. Para el conteo de pernos, malla, etc. se pondrán de acuerdo en el reparto de guardia un representante de la contrata con un representante de Geomecánica para realizar dicho acto, si el contratista no se encuentra en el punto y a la hora acordada se procederá a realizar el conteo sin su presencia, sin lugar a reclamos posteriores.

GEOMECANICA Es la conjunción de varias disciplinas (geología, mecánica de rocas, hidrogeología, etc.) que se encarga del estudio del macizo rocoso y su aplicación en resolver problemas constructivos en ese ambiente (minas subterráneas, superficiales, túneles, casa de fuerza, etc.).Las principales funciones de la geomecánica son:

1.Determinar el tipo de sostenimiento a instalar en un labor, para lo cual se determinan los Indices Geomecánicos del macizo rocoso, tales como:- Indice Q.- Indice RMR.- Indice MRMR.- Indice GSI.

INDICES GEOMECANICOS• Indice Q: Tambien conocido com Indice NGI. Fue inventado por Barton, Lien y Lunde.Q= (RQD/Jn)*(Jr/Ja)*(Jw/SRF); Donde:

RQD/Jn= Es el tamaño de bloques.Jr/Ja = Es la resistencia al esfuerzo cortante entre bloques.Jw/SRF = Son los esfuerzos activos.

• Indice RMR: Conocido como el índice CSIR, creado por Bieniawski (1989).

RMR= 1 + 2 + 3 + 4 + 5 - B

EVALUACION REQUERIMIENTOS DE FORTIFICACION

METODO DE LAUBSCHER (MRMR):

Los códigos para las diferentes técnicas de soporte se entregan en la tablasiguiente. El RMR corresponde al valor de clasificación de Laubscher, ver Anexo A.Este valor es la lo que se denomina Rating In Situ.El MRMR corresponde al valor de la clasificación de Laubscher ajustada.El ajuste se efectúa por los siguientes factores: calidad de la tronadura, orientación de las estructuras con respecto a la orientación de la excavación, esfuerzos naturales e inducidos, posibilidad de meteorización de la roca una vez expuesta al ambiente.En el cuadro, si una roca, por ejemplo, de RMR in situ de 3 A, luego de los ajustes pasa a ser 3 B, la fortificación requerida sería del tipo “b”, la que se describe en el cuadro siguiente.

EVALUACION REQUERIMIENTOS DE FORTIFICACIONMETODO DE LAUBSCHER

Técnicas de Soporte

Refuerzo de roca

a Pernos locales en intersecciones de

b Pernos a un espaciamiento de 1m

c b Straps y malla si la roca es muy fracturada

d b y malla con Shotcrete con refuerzo de fibras de acero y pernos para confinamiento lateral

e d Straps en contacto con el Shotcrete

f e Cables como refuerzo y confinamiento lateral

g f Apernado

h Estacas de avance

i Grouting

Revestimiento rígido

j Madera

k Marcos de acero rígidos

l Concreto masivo Baja deformación

m k Concreto

n Concreto estructuralmente reforzado

2.- Definir los tiempos de auto soporte de la roca.

3. Definir las aberturas máximas que puede soportar el macizo rocoso. Esto se realiza con la siguiente formula:

4. Realizar estudios geomecánicos orientados a mejorar o cambiar el método de minado, para ello se utilizan diversos Software, tales como:

DIPS: Este es un programa que plotea, analiza y presenta datos de estructuras geológicas (sistemas de fracturas, fallas, estratificación, etc) usando técnicas de proyección estereográficas. El análisis principal que realiza se basa en el rumbo y buzamiento de las estructuras. El resultado que arroja el DIPS nos permite realizar los siguientes análisis:- Determinar los sistemas principales de fracturas.- Definir la orientación preferencial de las labores para instalar el menor tipo de sostenimiento.- Definir la orientación de los pernos a instalar.- Realiza un análisis estadístico de la abertura, rugosidad, alteración, etc de los sistemas de fracturas.- Define la formación y ubicación de las cuñas que se puedan presentar en las labores.A continuación se presenta un grafico del diseño final del DIPS.

5.- PHASES: Es un programa que usa los elementos finitos para realizar análisis de estabilidad de excavaciones subterráneas. El programa permite determinar las direcciones de esfuerzos en dos dimensiones y deformaciones del macizo rocoso. El resultado que arroja el PHASES permite realizar los siguientes análisis:- Permite determinar las aberturas máximas que soporta una excavación subterránea, simulándola en dos dimensiones.

- Nos da información del tipo de sostenimiento que se debe de aplicar en una determinada labor.

- Da información de la resistencia de los pilares y el tipo de relleno que se debe de utilizar para que estos se soporten.

- Determina el factor de seguridad de la excavación subterránea analizada.A continuación se presenta un grafico del diseño final del PHASES

6.- EXAMINE3D: Es un programa de análisis para excavaciones en roca. Determina los esfuerzos en tres dimensiones y se utiliza tanto en minas subterráneas como en obras civiles. Este programa nos permite realizar los siguientes análisis:- Nos permite definir si el método de minado es el más adecuado y si es posible mejorarlo o cambiarlo.- Determina el factor de seguridad de la labor a excavar.- Calcula volúmenes y áreas de minado.- Nos define la dirección de esfuerzos en tres dimensiones.- Grafica los sistema de fracturas y analiza como intervienen dentro de la excavación.- A continuación se presenta un grafico del diseño final del programa