Sotenimiento Con Pernos de Anclaje (6-1)

8/13/2019 Sotenimiento Con Pernos de Anclaje (6-1)

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DISEO Y SOSTENIMIENTO DE LABORES

SUBTERRANEASSOSTENIMIENTO CON PERNOS DE ANCLAJE

Ing. Manuel Figueroa Galiano


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SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO

Usualmente se denomina soporte de rocas a los

procedimientos y materiales utilizados para mejorar laestabilidad y mantener la capacidad de resistir las cargas que

producen las rocas cerca al permetro de la excavacinsubterrnea. Se puede clasificar a los diversos sistemas en dos

grandes grupos:LOS DE APOYO ACTIVO;que viene a ser el refuerzo de laroca donde los elementos de sostenimiento son una parteintegral de la masa rocosa.

LOS DE APOYO PASIVO; donde los elementos desostenimiento son externos a la roca y dependen delmovimiento interno de la roca que esta en contacto con el

permetro excavado.


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ACTIVO

Barra Helicoidal

Pernos con Resina

Pernos con Anclaje

(Refuerzo)


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ACTIVO Split Set

Swellex

(Refuerzo)

Cables


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PASIVO

Shotcrete

Cuadros de Madera

(Soporte)

Cuadro recto

Cuadro cnico

Cuadro cojo


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SISTEMAS DE ANCLAJE


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Cuando las fuerzas verticales, lasfuerzas horizontales o la fuerza degravedad excede la resistencia natural

del macizo rocoso (capacidad deautosostener), la falla de la apertura(techo y/o las paredes) es posible.

En estas situaciones se requieren loselementos de sostenimiento.

POR QUE SOSTENIMIENTO DE TERRENOS?


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Antes de la explotacin,

el terreno es estable, seencuentra en un estadode equilibrio

Con la excavacin de laslabores subterrneas y

durante la explotacin, laspresiones in situ delmacizo rocoso sereorientan y concentran.


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Presencia de Fuerzas en la Roca

LeyendaV Fuerzas VerticalesH Fuerzas HorizontalesG Fuerza de Gravedad


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Variacin del Efecto de la presin enla roca

El tipo de roca Proximidad de las

Fallas

Dimensiones de laExcavacin

Geometra de la

Excavacin Proximidad con

otras aperturas


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ELEMENTOS

UTILIZADOS ;SOSTENIMIENTO DE

TERRENOS


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1. Condicin Geomecnica del Macizo Rocoso

SELECCIN DE LOS ELEMENTOS DE

SOSTENIMIENTO

2. Tiempo de Exposicin

3. Propiedades Mecnicas de los Elementos deSostenimiento

4. Simulaciones5. Control

6. Costo-Beneficio


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Clasificacin RMR, Q

SELECCIN DE LOS ELEMENTOS DESOSTENIMIENTO

Tiempo de exposicin

Propiedades mecnicas

Simulaciones

Factor de seguridad

Costo-beneficio

Pernos cementados

(cemento-resina)Estabilizadores de

Friccin

Pernos mecnicosCables de acero


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Elementos de Sostenimiento

A - Perno con anclaje expansivo

B - Estabilizador de Friccin

C - Perno Cementado


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RESISTENCIA EN TRACCIN

La accin principal de todos de pernos para roca esel de resistir el movimiento o el disloque del terreno.En general en la roca dura este disloque es elresultado de fallas y fracturas. Estas fracturas y

estratos se abren con el tiempo debido a la presinvertical o horizontal, por el efecto de la gravedad enlos bloques y con el efecto de las variaciones en latemperatura y humedad en la roca masiva.

PERNOS CON ANCLAJES DE EXPANSIN


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Un perno para roca con anclaje deexpansin controla el movimiento

o el desplazamiento de la masarocosa induciendo la presin de latensin de la barra entre el anclajey la platina de apoyo. Este tipo de

soporte produce una tensin deaproximadamente 3.5 Tn y tieneuna resistencia en traccin(ROTURA)mxima de 12,5 Tn.

Utilizado generalmente en lasestructuras de roca masiva conbloques o estratos.

PERNOS CON ANCLAJES DE EXPANSIN


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PERNO INSTALADO

ESTABILIZADORES DE FRICCIN SPLIT SETS


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Estabilizadores de friccin estnconstituidos por un trozo de tubo de

acero ms ancho que el dimetro de laperforacin y que es partido a lo largopor el centro. La friccin ejercida porlos costados del perno lo mantienen ensu lugar creando fuerzas que seextiendan radicalmente. Este procesoprovee la fuerza de friccin (11.5

Tn/pie) que acta previniendo elmovimiento o separacin del terreno.

Utilizado generalmente en rocaseveramente agrietada o fracturada

sujeta a condiciones de baja tensin.

ESTABILIZADORES DE FRICCIN SPLIT SETS

RESISTENCIA DURANTE LA


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RESISTENCIA DURANTE LAINSTALACIN

Verificar la resistencia del perno

durante la instalacin, el tiempo deinstalacin de un estabilizador de 2,1metros (7 pies) debe ser 1 hasta 1,5minutos.

La resistencia de unestabilizador de friccin se

puede variar con ;1. Dimetro del taladro

2. Tipo de roca

3. Fracturas, fallas

PERNOS CEMENTADOS


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Los pernos fabricados de acero corrugadoinstalados en una lechada de resina ocemento resiste el movimiento del terrenodebido a los puntos de contacto del

enclavamiento mecnico del perno. Launin resina o lechada con la rocadepende de las irregularidadesencontradas dentro de la perforacin y de

la estructura de la roca (- + 10 Tn/pie).

Se recomienda para todo tipo deestructuras, para el sostenimiento

de alta resistencia y a largo plazo.

PERNOS CEMENTADOS

( LECHADA DE RESINA O CEMENTO)


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PERNOS CEMENTADOS

PERNOS DE BARRA DE CONSTRUCCION

DESCRIPCIN: Pernos deBarra deConstruccin, barras laminadas en caliente con

resaltes, con roscas cortadas en un extremopara aceptar una tuerca cuadrada.


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PERNOS CEMENTADOS

BARRA HELICOIDAL

DESCRIPCIN: (BH)- Barras laminadas en calientecon resaltes en forma de rosca helicoidal de ampliopaso. El diseo de hilo permite colocar una tuerca

que puede rodar longitudinalmente por los resaltes a

lo largo de la barra.


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T = y x h x S

T = Peso del bloque muerto

y = Peso unitario de la roca ( 2.7 ton/m3 )

h = Potencia de la zona inestable ( 1.5 m )

S = Espaciamiento entre pernos ( 1.2m x 1.2m )

BLOQUE A SOPORTAR POR UN PERNOCEMENTADO

s

h

s

Z O N A D E A N C L A J E


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BLOQUE A SOPORTAR POR UNELEMENTO DE

SOSTENIMIENTOT= 2.7ton/m3 x 1.5m x 1.2m x1.2m

T= 5.83ton

Peso de un bloque suspendido

R i t i T i l C id d


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Resistencia en Traccin y la Capacidadde la Zona de Anclaje

Resistencia en traccin y la capacidad de la zonade anclaje mxima de los sistemas desostenimiento medido por una profundidad de 1,5m ( 5 pies ) y por 305 mm (1 pie) del extremo de la

instalacin

ZONA ANCLAJE DE LOS ELEMENTOS DE


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ZONA ANCLAJE DE LOS ELEMENTOS DE

SOSTENIMIENTO

Elemento zona anclaje (Z) resistencia toneladas

Pernos con anclajes

16 19 mm 305mm (12'') 10,0

Pernos Cementados

19 22 mm 450mm (18'') 15,0

Split Set 39mm 915mm (36'') 3,0

Cable de Acero 610mm (24'') 22,0


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CAIDAS DE ROCA ENTRE LOS PERNOS

En rocas muy fracturadas o de material no consolidado,

se requiere soporte entre los pernos tal como masdensidad de los pernos, cintas metalicas o shotcrete.

La malla de alambre normalmente no es adecuada para

este trabajo.


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LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTO

RESPECTO A LA ZONA ANCLAJE

L= profundidad de las capas (X) +Zona anclaje (Z)


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L = 1,4 + ( 0.18 x W )

L = longitud del perno (m)

W= ancho de la abertura (m)

Ejemplo: Galera de 3.5 metros (W)L = 1,4 + (0.18 x 3,5) =

Longitud del perno 2.03m (L)

LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTORESPECTO AL ANCHO DE LA ABERTURA


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ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS

1.5 terreno regular2.0 terreno malo

L = longitud del perno,

E = espaciamiento de los pernos

Ejemplo:

Perno de 2.25m (L)

2,25 \ E = 2.0

Espaciamiento de 1.1m (E)

L \ E = 1.5 2.0


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CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN PERNOCEMENTADO

P = Rc x S = x U x LS = x d2/4

U = x d

= 0.25 x Rc x d/LP = Capacidad de apoyo del perno ( Kg)

Rc = Resistencia a la traccin mnima del perno = 6330 Kg/cm2

S = rea del perno (cm2)

d = Dimetro del perno (cm) = Adherencia entre el perno y el cemento (Kg/cm2)U = Circunferencia del perno (cm)

L = Longitud del perno (cm)

Donde:


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TIPO DE PERNO RESISTENCIA

Barra De Construccin 3/4 = 18 ton (176 KN)

Barra Helicoidal 7/8 = 24 ton (235 KN)Barra De Construccin 1 = 32 ton (313 KN)

CAPACIDAD DE SOPORTE DE UNPERNO CEMENTADO


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Perno de L = 1.8m, = 7/8

capacidad de apoyo de 24 tonFS = 24 ton /5.83 ton = 4.12

Perno de L = 1.8m, = 3/4

capacidad con apoyo de 18 tonFS = 17.9 ton /5.83 ton = 3.08

Perno de L = 2.0m, = 1

capacidad de apoyo de 32 ton

FS = 32 ton /5.83 ton = 5.49

FACTOR DE SEGURIDAD


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Cartuchos de Resina

Tiempo de fragua y dimensiones :

Rapido 30 segundos 28mm x 305 mm

Lento 2 4 minutos 28mm x 305 mm

Fabricado y patentado por CASTEM E.I.R.L. como producto

novedoso en su sistema de fabricacin y empleo de loscomponentes.


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PROCESO QUIMICO

polister

estereno

Perxido (catalizador)

Estructura de tresdimensiones

Poly - Estereno

Cartuchos de Cemento


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Cartuchos de CementoCem-Con

El cartucho contiene una base de cemento con

aditivos especiales en un envase de plsticopre- perforado.

Tiempo de fragua Normal 24 horas / Rpido 8 horas

Remojar la cantidad de cartuchos requerido por 5-10minutos antes de la instalacin.

dimensiones : 30mm x 305mm

50 cartuchos / caja


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RESISTENCIA - ADHESION


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FRMULA PARA CALCULAR ELLARGO DE CARTUCHOS

REQUERIDO PARA UN LARGO DE

ENCAPSULAMIENTO

(H2B2) * E = LARGO DE CARTUCHOS

C2 PARA CADA 300 mm

H = Dam. perforacin en mm

B = Dam. del perno en mm

C = Dam. del cartucho

E = Largo del cartucho en mm

UNA FRMULA PARA


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UNA FRMULA PARACALCULAR EL LARGO DECARTUCHOS REQUERIDO

PARA UN LARGO DEENCAPSULAMIENTO

(H2B2) * E = LARGO DE CARTUCHOS

C2 PARA CADA 300 mm

Perno 19.05mm, cartucho 28 x 305,

perforacin = 32mm

( 322 - 19.052 ) x 305

282 = 242.8 mm


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Con cartuchos de cemento;

Dimetro de la perforacin = de la barra + 10 a 20mm

Con cartuchos de resina;


Con lechada de cemento;


DIAMETRO DE LA PERFORACION

Instalacin de los Elementos de Sostenimiento


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La colocacin de la platina de un perno para roca

mejorar la fortificacin del terreno.

Los angulos de un perno con la superficie de la rocadeben tener 90 grados o un mximo de inclinacin de

10 grados (ejemplos B,D) y la planchuela debe colocarse

pegado a la roca (ejemplos no aplicables A,C y E)

Instalacin de los Elementos de Sostenimiento

Instalacin de los Elementos


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El tipo de la superficie de la roca es significativo enla planificacin del espaciamiento de los pernos porla existencia de bloques y de las fracturas (A) o laorientacin de los estratos (B) requieren una

flexibilidad en la colocacin de los pernos.

Instalacin de los Elementosde Sostenimiento


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ANGULO DE LA INSTALACIN

Debe tener 90 grados con unmximo de inclinacin de 10 grados


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ANGULO DE LA INSTALACIN

RESISTENCIA :

A - 90 GRADOS = 100%

B - 45 GRADOS = +- 70%


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PROBADOR HIDRAULICO

Un dispositivo de prueba hidrulico extensible esnecesario para asegurar la funcin de los elementosde sostenimiento, ste permite determinar l limiteelstico y la carga mxima de la barra y laresistencia mxima del anclaje.

Probador con cilindro hidrulico

Bomba

hidrulico


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DIAMETRO DE LA PERFORACION

A - Reduciendo el dimetro de la perforacin

mediante la utilizacin de una broca de 32 mm para

los pernos de 19.05 mm y 22 mm va a reducir el

tiempo de perforacin en un promedio de 20 30

% comparado a una broca de 38 mm.

B - La utilizacin de un dimetro de perforacin

inadecuado puede producir importantes

variaciones en la rigidez del pernoparticularmente implica un gasto innecesario de

mortero (cemento o resina) y la posibilidad de

una mezclado de la resina inadecuada.

Identificacin de Terrenos Peligrosos


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La aparicin repentina de rocas nuevas en eltnel o en el rea de trabajo.

Los ruidos extraos fuertes o muy repetitivos osi el cerro comienza a gotear.

La aparicin de nuevas fisuras o seales demovimiento reciente sobre todo a lo largo de

las cuas



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El reconocimiento y tratamiento oportuno delterreno peligroso o del sostenimiento en mal

estado es vital para evitar que se produzcanaccidentes, prdidas en la produccin o daos enel equipo. Existen diferentes indicadores que muestranun aumento de la presin, por lo que se deben revisar en

forma constante.Estos incluyen :


Los pernos deformados o doblados.

Las maderas quebradas o dobladas.

Los pernos cortados.

Las mallas se bandean debido a la grancantidad de roca suelta que est sobre

ellas.

C it i


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CapacitacinLa falta de orientacin,

capacitacin, entrenamientoprovocan imprudencias.

Los trabajadoresdeben

capacitarse

constantemente.

NO VA FUNCIONAR


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NO VA FUNCIONAR

SI NO ESTA BIENINSTALADO !


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GRACIAS

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