Cimbras Metalicas Listo

8/10/2019 Cimbras Metalicas Listo

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INACAP IQUIQUEINGENIERA EN MINASLabores mineras y fortificacin

Alumno(s): Franco MondacaPaul MoncadaNadim Said

Profesor: Jorge MartnezFecha: 12-12-2013

Cimbras y cuadrosmetlicos


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ndiceTEMA PAGINAS1 Introduccin 32 Generalidades 4

2.1 Cimbras metlicas 4-72.2 Procedimiento de instalacin (Cimbras rgidas) 8-92.3 Control de calidad (Cimbras rgidas) 102.4 Procedimiento de instalacin (Cimbras deslizantes) 102.5 Control de calidad (Cimbras deslizantes) 11-122.6 Comparacin cimbras metlicas y maderas 13-143 Marco conceptual terico 15

3.1 Importancia del acero 153.2 Caractersticas mecnicas 15-163.3 Caractersticas Elementos Estructurales Del Sostenimiento 164 Conclusiones 175 Bibliografa, Web-grafa 186 Glosario 19


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1.- Introduccin

A continuacin se lleva a cabo una investigacin sobre Cimbras y cuadros metlicos, conel fin de estudiar sus funcionalidades, cualidades, proceso de instalacin como tambin el

control de calidad por el que deben ser evaluadas para su ptimo desempeo dentro delproceso de fortificacin de labores de Minera Subterrnea.

En los comienzos para fines de sostenimiento pasivo, el elemento de soporte ms utilizadoera la madera, por su accesibilidad, buenas condiciones de flexibilidad, pero con una vidatil corta, debido al deterioro que sufre al estar expuesta en las condiciones ambientalessubterrneas. Gracias a esto es que en la dcada del 40 se inicia y desarrolla el marco

metlico, reemplazando paulatinamente la fortificacin de madera, por su sencillez yrapidez en instalar, con mucho menos probabilidad de ceder, al no deteriorarsefcilmente como la madera. Es utilizado bajo condiciones de alta inestabilidad, en dondese requiera de una respuesta apropiada frente a los esfuerzos producidos por el macizo.

Este elemento de sostenimiento pasivo, se utiliza generalmente para el sostenimientopermanente de labores de avance, en macizo rocoso con alto ndice de roca fracturada omuy dbil, calidad de roca mala o muy mala, la cual es sometida a condiciones de altosesfuerzos.

Las cimbras son usadas debido a su excelente resistencia mecnica y sus propiedadesde deformacin, la ventaja de este sistema es que sigue aplicando soporte despus deque hayan ocurrido deformaciones importantes, ya que se logra la re-distribucin dedichos esfuerzos encontrando un punto de equilibrio dentro producto de los ajustestensinales propios de una labor subterrnea.

As es como en el desarrollo de este trabajo investigativo se sometern a estudio variadospuntos que van desde generalidades, caractersticas tcnicas hasta procesos deinstalacin de los elementos ya mencionados.


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2.- Generalidades

2.1.- Cimbras MetlicasEste tpico sostenimiento pasivo o soporte es utilizado generalmente para el sostenimiento

permanente de labores de avance, en condiciones de masa rocosa intensamentefracturada y/o muy dbil, que le confieren calidad mala a muy mala, sometida acondiciones de altos esfuerzos. Para lograr un control efectivo de la estabilidad en talescondiciones de terreno, las cimbras son utilizadas debido a su excelente resistenciamecnica y sus propiedades de deformacin, lo cual contrarresta el cierre de laexcavacin y evita su ruptura prematura. La ventaja es que este sistema continaproporcionando soporte despus que hayan ocurrido deformaciones importantes. Lascimbras son construidas con perfiles de acero, segn los requerimientos de la forma de laseccin de la excavacin, es decir, en forma de bal, herradura o incluso circulares,siendo recomendable que stos sean de alma llena. Hay dos tipos de cimbras, lasdenominadas rgidas y las deslizantes o fluyentes. Las primeras usan comnmenteperfiles como la W, H, e I, conformadas por dos o tres segmentos que son unidos porplatinas y pernos con tuerca. Las segundas usan perfiles como las V y , conformadasusualmente por tres segmentos que se deslizan entre s, sujetados y ajustados conuniones de tornillo.

Cimbras rgidas


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Cimbras deslizantesLos accesorios en este sistema de sostenimiento son los tirantes de conexin de lascimbras, el encostillado y los elementos de bloqueo. Los tirantes pueden consistir devarillas de fierro corrugado o liso generalmente de 1 de dimetro u otro elementoestructural. El encostillado puede ser realizado con planchas metlicas acanaladas y enalgunos casos en las minas se utilizan tablones de madera. Los elementos de bloqueopueden ser la madera o los bolsacretos, estos ltimos son sacos conteniendo agregados

con cemento, los cuales son rociados con agua para permitir su fraguado una vezcolocados entre las cimbras y la pared rocosa; el concreto dbil as formado proporcionaun adecuado bloqueo para transferir las cargas uniformemente sobre las cimbras.


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Para el rango de los tamaos de las excavaciones de las minas peruanas, las cimbrasrgidas comnmente utilizadas son las 4W13 (perfiles W de 4 de ancho x 4 de

profundidad y 13 lb/pie) o equivalentes, espaciadas de 0.75 a 2 m, las mismas quecorresponden a cimbras ligeras para excavaciones de hasta 4 m de abierto. En caso dealtas presiones del terreno, estas cimbras podran construirse a seccin completa,colocando una solera (invert) curvada hacia abajo o de otro modo podran ser de formacircular.


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En los casos que las cimbras indicadas no fueran suficientes para excavaciones de hasta4 m de abierto, por las altas presiones de la roca, pueden utilizarse cimbras medianascomo las del tipo 6W20 o equivalentes o alternativamente cimbras deslizantes. Lascimbras 6W20 tambin son comnmente utilizadas para excavaciones con abiertos de

hasta 6 m. Es poco usual pasar al uso de cimbras pesadas como las de la serie 8W oequivalentes, las anteriores son suficientes para los propsitos indicados.


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2.2.- Procedimiento de instalacinCimbras rgidas:

Es preferible que el soporte se instale lo antes posible, pues cualquier retraso se

traduce en aumentos de la presin sobre el techo.

Para iniciar la colocacin de una cimbra, se debe proceder a asegurar el techo, locual se podr realizar mediante la colocacin de ngulos o marchavantes de sernecesario.

Todas las cimbras deben estar correctamente apoyadas al piso mediante lasplatinas de base debidamente ubicadas a una profundidad de 20 cm, (se debe

cavar previamente con el techo protegido) y correctamente sujetas a la cimbrainmediata anterior con distanciadores de acero (8 unid.), debindose mantener suverticalidad. De ser necesario se debe asegurar la cimbra anclndola concncamos a las paredes.

Se asegurar el techo entablando el espacio entre las 2 ltimas cimbras instaladas.Este entablado se inicia a 1.5 metros del nivel del suelo hasta cubrir toda la coronade la excavacin. El entablado debe estar apoyado por la superficie externa de lacimbra.

El bloqueo de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para que puedahaber una transferencia uniforme de las cargas rocosas sobre las cimbras. Si no serealiza un buen bloqueo las cimbras no sern efectivas. Por lo tanto es importanterealizarlo correctamente.

Es muy importante que la instalacin sea cimbra por cimbra y no varias cimbras a lavez, es decir, completar la instalacin de una cimbra para comenzar con lasiguiente


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Todas las cimbras deben estar correctamente apoyadas y sujetas al piso mediantedados de concreto, debindose mantener su verticalidad, para lo cual se requerir

de ser necesario, asegurar la cimbra anclndola con cncamos a las paredes. Lassiguientes cimbras a colocar se asegurarn con los tirantes y se protegern enforma sistemtica con el encostillado.

El bloqueo de la cimbra contra las paredes rocosas es esencial para que puedahaber una transferencia uniforme de las cargas rocosas sobre las cimbras. Si no serealiza un buen bloqueo las cimbras no sern efectivas. Por lo tanto es importanterealizar correctamente esta labor.

Es muy importante que la instalacin sea cimbra por cimbra y no varias cimbras a lavez, es decir, completar la instalacin de una cimbra para comenzar con la

siguiente.


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2.3.- Control de calidadCimbras rgidas:Para que este tipo de sostenimiento funcione bien, deben cumplirse las siguientescondiciones:

Las cimbras deben estar completamente verticales, aceptndose una inclinacinmxima de +/- 3 con respecto a la vertical.

Las cimbras se deben instalar de manera perpendicular al eje de la labor.

Todos los tirantes o distanciadores deben estar colocados, ya que de esto dependeque el conjunto de cimbras resista adecuadamente.

Estrecho o apretado contacto entre el contorno de la excavacin y la cimbra la cualdebe distribuir la presin en todo su permetro, a fin de desarrollar tempranamentesu capacidad de sostenimiento, antes de que las presiones se acumulenpuntualmente y deformen las cimbras antes de que esta haya soportado en toda sucapacidad.

La supervisin de la mina no aprobar ninguna cimbra que est mal cimentada, no

conserve su verticalidad ni su alineamiento; asimismo, si stas no se encuentrancorrectamente topeadas a la superficie de la roca.

2.4.- Procedimiento de instalacinCimbras deslizantes:

El procedimiento y las consideraciones de seguridad para la instalacin de lascimbras deslizantes son muy similares a las indicadas para las cimbras rgidas.

La diferencia radica que estas cimbras usaran abrazaderas y pernos que unirn alas partes adyacentes traslapadas, y no solo ser suficiente pernos y tuercas comoen el caso de las cimbras rgidas.


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2.5.- Control de calidadCimbras deslizantes:

Los parmetros que se deben tener en cuenta para la perfecta colocacin de uncuadro son los siguientes:

Las cimbras deben estar completamente verticales, aceptndose una inclinacinmxima de +/- 3 con respecto a la vertical.

Las cimbras se deben instalar de manera perpendicular al eje de la labor.

Si los perfiles supuestos son paralelos, el deslizamiento queda asegurado, y lasdimensiones del cuadro colocado sern las correctas. Por el contrario si los perfiles

superpuestos no son paralelos, puede suceder que le cuadro abra la boca haciafuera o hacia adentro. En el primer caso la distancia entre los pies del cuadro esmenor, en el segundo caso, la distancia entre los pies del cuadro es mayor.

Solape adecuado en las uniones.

En cuanto a la longitud del solape, hay que tener en cuenta, que si es la correcta,los cuadros tendrn dimensiones previstas. Si la superposicin es menor de la

debida, la distancia entre los pies ser menor que la prevista, si la superposicin esmayor que la prevista, la distancia entre los pies ser mayor.

Apriete adecuado en las grapas de unin.

Colocado el cuadro con las dimensiones correctas, es necesario atornillarfuertemente las grapas.

Resistencia conveniente del conjunto, que depende de que estn colocados todoslos tirantes o distanciadores.


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2.6.- Comparacin entre cimbra metlica y cimbra de madera A continuacin se realiza una comparacin entre ambos sistemas de cimbras,comenzando con algunas de las ventajas y desventajas que presentan.Una ventaja de la cimbra metlica, es que es ms fcil de controlar, es decir, se puede

saber con exactitud la cantidad de elementos que hay en la labor, en cambio, la madera essumamente difcil, debido a los costos y desperdicios que hay despus del primer uso.

Se puede perder madera sin que sea notado por nadie, lo que no sucedera conelementos metlicos.

La resistencia, a las cargas que actan sobre sus elementos, en cimbra hecha de acero esmayor que en una hecha de madera. Esto da como resultado que se tenga mayorseguridad, al usar el acero tanto para la estructura como para la gente, y as menos riesgode falla alguna.

Las Caractersticas importantes de cimbra metlica es, que son diseadas para quepuedan ensamblarse fcil y rpidamente, ya que cuentan con piezas y dimensiones biendefinidas, las cuales al verlas se pueden conocer sus puntos de unin o apoyo, por lo queno se tiene necesidad de usar mano de obra de gran calidad para que haga el trabajo,

solo se requiere de una persona con conocimiento mnimo, lo que reduce el costo de lamano de obra.

Limpiar la cimbra de madera despus de cada uso presentar mayor dificultad, ya quehay que retirar clavos y su superficie es ms irregular. La cimbra metlica es ms fcil delimpiar, pero requiere otro tipo de mantenimiento.

El nmero de elementos que se utilizan en una cimbra metlica ser menor, pero el pesode cada uno de stos, es mayor que los de una cimbra de madera, por lo que, en ciertasocasiones pudiera requerirse mayor necesidad de equipo para los movimientos que vayana efectuarse.


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Con lo mencionado, se tiene que el rendimiento es mayor, tanto en la instalacin decimbra como en el descimbrado.

Las cimbras metlicas requieren de ajustes, que por general se hacen con madera, para

poder lograr las dimensiones deseadas.

La desventaja ms grande que tiene la cimbra metlica, a diferencia de la cimbra demadera, es su alto costo de adquisicin, pero a largo plazo, una cimbra metlica daramayor economa, esto es porque su vida til es tambin muy elevada, y el desperdicio queexiste es mnimo, ya que todos los elementos metlicos pueden ser reparados, adiferencia de la madera que presenta el problema de elementos perdidos desde losprimeros usos, ya que no pueden utilizarse.


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3.- MARCO TEORICO CONCEPTUAL

3.1- Importancia del acero

Las cualidades del acero como material de sostenimiento lo han llevado a desplazar a lamadera en muchas minas, especialmente en las de carbn en donde las galeras se

mantienen abiertas hasta 10 aos como galeras de arrastre y retorno para el aire deventilacin. Las caractersticas bsicas del acero se pueden resumir como sigue:

Es un material muy homogneo, manufacturado metalrgicamente, libre dedefectos naturales, por lo que se pueden usar en el diseo factores de seguridadms bajos.

El acero tiene mdulo de Young (E = 210 000 x MPa) mucho mas elevado queotros materiales estructurales, lo que le da una ventaja contra las deformaciones,flambeo, etc.

El acero se puede manufacturar en forma de aleaciones que tienen un conjunto delos altos requerimientos para el diseo.

El acero es el material que resulta menos afectado por las condiciones atmosfricascomo la temperatura y la humedad.

Como material, se puede volver a usar al enderezarse. Los ademes o fortificacionescompletamente deformadas, pueden aprovecharse como chatarra.

Por otra parte, es un material muy costoso. Los tneles o socavones que estnapoyados en arcos de acero, representan un costo importante de capital que lasminas ms pequeas no se pueden permitir. (Cemal Biron & Ergin Arioglu)

3.2.- Caractersticas Mecnicas.En el estudio sobre las caractersticas mecnicas del acero se tienen que considerar larelacin esfuerzo-deformacin, la resistencia, los tipos de ruptura, la dureza y el diseo.

Tipo de Falla. El acero se fractura tanto por la tendencia a la ductilidad como a lafragilidad. En el caso de la ductilidad, la deformacin de ruptura es de 100 a 200

veces la deformacin de flujo (punto de fluencia). El material alcanza ladeformacin plstica. Por lo general, esto sucede en aceros con bajo contenido decarbono y es una caracterstica conveniente para el diseo. La falla por fragilidadse presenta en aceros con alto contenido de carbono en donde la deformacin esbastante pequea y las superficies de ruptura son rugosas. No existe puntodefinido de cadencia (fluencia).


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La Resiliencia, en ingeniera es una magnitud que cuantifica la cantidad de energa,que absorbe un material al romperse bajo la accin de un impacto, por unidad desuperficie de rotura. La cuantificacin de la resiliencia de un material se determinamediante ensayo por el mtodo Izod o el pndulo de Charpy, resultando un valorindicativo de la fragilidad o la resistencia a los choques del material ensayado. Un

elevado grado de resiliencia es caracterstico de los aceros austenticos, aceroscon alto contenido de austenita. En aceros al carbono, los aceros suaves (conmenor contenido porcentual de carbono), tienen una mayor resiliencia que losaceros duros. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en julios pormetro cuadrado (J/m).Otra unidad muy empleada en ingeniera para la resilienciaes el kilogramo-fuerza metro por centmetro cuadrado (kgfm/cm), o kilopondiometro por centmetro cuadrado (kpm/cm).

Dureza. La dureza es una propiedad relativa, se mide segn la resistencia a lapenetracin

3.3.- Caractersticas De Los Elementos Estructurales Del Sostenimiento.Las caractersticas que se deben considerar en los elementos estructurales de unsostenimiento o una fortificacin son: el perfil del material (rea de su seccin transversal),los momentos de las fuerzas, la relacin de Rankin y los esfuerzos permisibles.

Perfil del material: La resistencia en una viga es proporcional a su perfil (rea deseccin transversal). El peso y el valor (Costo) de la viga son tambinproporcionales al rea de la seccin. El uso de perfiles pesados tiene ciertaslimitaciones en las minas que necesitan de materiales ligeros a medianamentepesados. El rea de la seccin y el peso de las vigas Wide flange.

Momentos de inercia y mdulos de seccin

Relacin Rankin. Esta es la relacin entre el esfuerzo de compresin y el esfuerzode flambeo (pandeo) en una viga de 2m de longitud. La relacin es siempre mayorque 1, pero es ventajoso para el diseo que se aproxime a 1. Esfuerzo permisible.El acero normal (Resistencia 37) tiene un esfuerzo permisible de 1400 kg/cm2 y unesfuerzo que origina deformacin plstica de 2400 kg/cm2. El factor de seguridades 2400/1400=1.71.


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4.- Conclusiones

Las mejoras que se presentan en las labores de trabajo gracias a este sistema desostenimiento pasivo, debido al aporte que entregan en cuanto a la seguridad, es de gran

importancia ya que se trabaja de forma segura.

Este sistema de sostenimiento, es muy esencial en la fortificacin de laboressubterrneas, ya que aporta una gran resistencia a los esfuerzos producidos por la presinde la roca circundante.

Se concluye tambin que este tipo de sostenimiento es adecuado para ser utilizado enrocas de mala a muy mala calidad. El nico problema que presentan es su costo elevado,por lo cual se aplica este mtodo solo en labores permanentes.


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5.- Bibliografa, Web-grafa

-Artculo publicado en Revista Seguridad Minera N60, "Manual de geomecnica aplicadaa la prevencin de accidentes por cada de rocas".

-Fortificacin de Minas, por parte del Gobierno de Chile(http://www.slideshare.net/exay40/4-fortificacin-de-minas ).

-Evaluacin y optimizacin del sostenimiento con cimbras en Minera subterrnea, JosPaul Carhuamaca Guerrero, Lima-Peru.
http://www.slideshare.net/exay40/4-fortificacin-de-minashttp://www.slideshare.net/exay40/4-fortificacin-de-minashttp://www.slideshare.net/exay40/4-fortificacin-de-minashttp://www.slideshare.net/exay40/4-fortificacin-de-minas


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