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TOPOGRAFIA DE MINAS EN SUPERFICIE

La topografía de superficie para una mejor comprensión del tema la dividiremos en dos: Mallas de exploración Exploraciones mineras

Geología

Topografia sup. Mina a rajo abierto

Topografia de exploraciones mineras:- Las exploraciones mineras que hacen las empresas en determinado lugar,

son el producto de trabajos preliminares de observaciones satelitales, y de fotografía área, son tomadas en diversas bandas del espectro electromagnético para estudiar alteraciones geológicas y topográficas en la superficie terrestre. Generalmente es un estudio de fotointerpretación geológica. Luego se hace un reconocimiento en terreno por el equipo de geología y se determina el áreas de exploración, en la que posteriormente se hará una malla de reconocimiento que puede ser por ejemplote 500m x 500m o mas, y si el caso presenta interés, se hace una densificación de la malla y y como ultima etapa se hará sondajes de reconocimiento

Mallas de exploración. Esto consiste, generalmente en el replanteo un reticulado en

el terreno, para efectuar en cada uno de los puntos del reticulado observaciones magnetometria, gravimetría, geoquímica, etc., el reticulado esta generalmente en coordenadas UTM y siempre debe estar el trabajo dentro de los pedimentos mineros o concesiones de explotación vigentes.

Por tanto. El ingeniero debe ligar las mallas con las coordenadas UTM.

De tal manera que estas queden dentro del terreno de la empresa de la empresa que esta haciendo la exploración.

Para iniciar el trabajo, es necesario contar con dos puntos de coordenadas

UTM, conocidas si se va a trabajar con Estaciones totales o con un punto de coordenadas conocidas, al usar GPS geodésico.

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Ejercicio: Replanteo malla Dada los coordenadas de los vértices IGM y las coordenadas del la malla de

reconocimiento, determine el replanteo de los puntos 1,2 y 15 Geología de Exploración.- en este caso se pueden trabajar en dos modalidades 1.- El geólogo en terreno tomara los puntos que le interesen, dejara una

banderola con un numero, luego el ing. Toma la topografía de superficie y también las banderolas que dejo el geólogo. Este método tiene el inconveniente, que a veces no se pueden encontrar las banderolas. y se pierde tiempo buscándolas.

La topografía de superficie, debe tomar los detalles que sirvan para dibujar las curvas de nivel, además se deben tomar todos los detalles, tales como: Desmonte (borde y pata)- caminos de acceso – Picados - acceso interior mina - diques- Piques-etc.

Vert UTM Vert UTM

V.Aux

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2.- En este caso geólogo e ingeniero van juntos a terreno. El geólogo o su ayudante llevan un prisma y radio, el geólogo va diciendo el nro. del punto y el detalle geológico corresponde cada uno por ejemplo. El punto 10 corresponde a una falla - 13 una diablaza - 19 dique etc, el ing. anota . En su libreta para una posterior interpretación del plano. Posteriormente el geólogo puede ir a a terreno por ejemplo en el punto 13 hace un levantamiento y con mas detalle lo que existe alrededor de ese punto

La topografía de superficie, debe tomar los detalles que sirvan para dibujar las curvas de nivel, además se deben tomar todos los detalles, tales como: Desmonte (borde y pata)- caminos de acceso – Picados - acceso interior mina - diques- Piques- etc.

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T4

PIQUET6

T5

T3

T2

T1

EM

T20

T24

T23

T22

T21

E3

E2

T19

T18

PIQUE HUINCHE

T17

T16

T15

POLVORIN

T14

T13

E1

T12

E0

T11

T10

PIQUE

T9

T8

T7

Replanteo de sondajes de reconocimiento

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MINA RAJO ABIERTO

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Mina a rajo abierto, Para actualizar la mina se toma el borde del banco y la pata después de cada disparo y luego se procede a la cubicación mediante programas tales como el Vulcan, Datamine u otro que tenga la empresa

Borde

Pata

Rampa

Vértice Topo

Vert Topo

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TOPOGRAFÍA DE INTERIOR MINAS

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3.1 LEVANTAMIENTO DE INTERIOR MINA

INTRODUCCIÓN.-

Este apunte pretende desarrollar una parte de la topografía especialmente aquella dedicada a la minería ya sea de exploración - a rajo abierto - subterránea, los alumnos que estudian esta asignatura y los profesionales deben tener un conocimiento amplio de los métodos tradicionales de la topografía con relación a la medición angulares y lineales habituales así como el empleo de equipo de medición, de alta tecnología, al final se dará una amplia bibliografía profundizar en estos temas

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Levantamiento de mina. Tiene diversos objetivos, tales como: resolver problema de

Geología, explotación, control de avances, ventilación, comunicación de labores, etc. Depende del objetivo será la escala y nivel de detalle a considerar, estos se fijan en reuniones diarias o por el especialista que vaya a ocupar el plano.

Todo levantamiento topográfico debe relacionar la propiedad minera de la mina

con el interior, vale decir se debe tomar el HM de la mina si esta es posterior a la entrada en vigencia del código de minería 1983 o bien el PP y HR si en anterior a

Este, en el primer punto que debe instalarse es el PP. O HM y se debe calar a otro vértice conocido que también tenga coordenadas UTM, ya que en Chile todas las propiedades mineras deben tener este tipo de coordenadas

Tipo Poligonal Interior Minas.- Estaciones.- Generalmente las estaciones de la poligonal se colocan en el techo de la

labor ya que en esa posición no sufren daños con la circulación de personas o maquinas, la materialización de las estaciones en el techo se hacen mediante tarugos de madera y en ellos se coloca una clavo especial para este trabajo o bien una grapa con el propósito de colocar allí la lienza con un plomo para instalar bajo este plomo de poco peso el teodolito tal como se muestra en la figura. También ahora se usan taladro con baterías los cuales perforan la roca con una broca de pequeño diámetro y se coloca un clavo especial el cual se expande al golpearlo contra la roca. Fig.

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Instrumentos usados.- Los instrumentos usados son generalmente teodolitos con

iluminación interna ya que estos facilitan bastante el trabajo de interior y deben ser robustos y herméticos de tal manera que no les entre el polvo o la humedad, dos factores que siempre deben tenerse en cuanta cuando sé adquirir uno de estos, también se ocupan niveles, brújulas, cintas de acero,

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Medidas de ángulos. Las visuales se dirigen a hilos del cual se cuelgan los plomos colocado adelante y atrás de la estación. En la fig. Puede verse el instrumento instalado en T2 y los plomos ubicados en el tarugo, la visual se hace a la cabeza del plomo y para que estos se vean con mayor nitidez, se coloca un papel trasparente entre el plomo y la lámpara minera. Los ángulos se miden en normal y transito y se orienta el instrumento con calaje 0,000 gds a la estación anterior y se mide el ángulo en posición normal y tránsito, igual que una reiteración, con la salvedad que se mide una sola vez.

Medidas de distancias. Las distancias se miden con cinta de acero y al Milímetro sobre

todo cuando el trabajo va a resolver un problema de comunicación de labores y dos veces en el tiro directo y el inverso.

Para él calculo de cotas debe medirse la altura instrumental (hi) desde el clavo al centro de instrumento y las alturas de plomo (hp) , distancia medida desde el clavo a la cabeza del plomo.

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En muchos, casos las poligonales de interior mina son abiertas, es decir, no tienen comprobación o cierres, angulares ni lineales por esta razón se deben hacer con el mayor cuidado posible, pues un error es muy difícil de detectar, por tanto, siempre el profesional debe tratar de comprobar el trabajo, en topografía es muy importante determinar los errores de un trabajo y si estos están dentro de los límites permisibles, lo que en este tipo de trabajo no siempre es posible.

Tolerancias. Las tolerancias para levantamiento de este tipo son: Distancia horizontal entre tiros directos e inversos para una línea de poligonal interior

mina = 5 mm Diferencia de nivel entre tiro directo e inverso para una linea de poligonal interior mina

= 5 mm. Tolerancia angular máxima, la menor lectura que pueda hacerse en el limbo del

teodolito. Formulas fundamentales de interior mina

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Registro de terreno Estacio pto Hp/Piso Pos Ang Hz Ang. Vz di Dh Dv/dfn

Obs. Y croquis

E1 0.00/00 N 0.00

hi 1.37 T 200.02

T13 O

T14 1.37 N 210.04

1.53 T 10.05

R

T13 1.47 N 0.00

T 200

R

T14

T15 1.46 N 216.21

1.3 T 16.2

R

10 21.06

11 36.10

12 49.11

Toma de puntos de relleno. La toma de puntos de relleno es similar a la de la superficie, se toman puntos que permitan definir lo mejor posible la forma de la labor, existen dos métodos conocidos y de fácil aplicación

Radiación.- Este método es el mismo que el de superficie, a veces de cala el ángulo

vertical en la horizontal (100 gds) y midiendo desde este posición las distancias al techo y el piso, la línea horizontal se proyecta en la caja con la luz de la lámpara o bien con un puntero láser que se encuentra en el mercado a bajo precio.

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Abscisas y ordenadas. En este caso se extiende, la cinta, tensándola y se coloca el 0,00 m desde el tarugo anterior al que sigue y se toman distancias desde esta, hacia las cajas izquierda y derecha de la labor, hacia el techo y piso en este caso conviene llevar dos croquis una para anotar los datos horizontales y el otro para los verticales.

Cálculos del levantamiento de interior mina:

Los cálculos se llevan en un registro que se muestra a continuación en la siguiente hoja y para la determinación de coordenadas de la poligonal son los mismos que los de superficie:

AzdhX cos : AzdhY sin

Registro calculo de coordenadas y cotas

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Problema de aplicación: Levantamiento Mina Casimiro Domeyko UDA.

Se hará un levantamiento de superficie con estación total y de interior mina con teodolito digital y cinta de acero con el propósito de resolver los siguientes problemas: a.-) Determinar la distancia a correr por el socavón hasta el pique b.-) ¿Cuántos metros deberá profundizarse el pique? c.-) ¿Cuánto le falta a la chimenea para salir a la superficie? d.-) Marcar en terreno, donde sale al sol la chimenea de ventilación?

CROQUIS DEL PROBLEMA

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3.2 DIBUJO DEL PLANO.

El plano del dibujo es simple y a veces es necesario en una mina llevar varios planos y a diversas escalas según los requerimientos de la faena pero es común que las escalas indicadas sean: 1/1000 a 1/5000 para planos generales (esta ultima escala si la mínima es muy grande) 1/500 planos de muestreo 1/200 o menos para planos de detalles Generalmente es necesario dibujar una proyección vertical (perfil) de la mina en este caso esta puede ser dibujada en la parte superior o inferior. Para la orientación del plano, es recomendable que esta sea paralelo al norte y este debe quedar hacia arriba, pero si las condiciones de la mina no se

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presta para esto es, preferible orientarlo de manera que la galería quede mas o menos paralelo a un borde, en algunos casos es conveniente rotar todo el plano.

Las faenas mineras tiene varios niveles de explotación o de extracción, ventilación etc .ubicados a diferentes cotas, en estos casos, es necesario dibujar con colores estos detalles, o bien empleando diferentes tipos de líneas ya sea en la planta o en la proyección horizontal.

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Una excelente herramienta de dibujo es el software ACAD, pues permite dibujar con rapidez y precisión, de manera que este programa debe ser manejado con soltura por los que se dedican a esta disciplina, a lo menos 2D.

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Además, muchos de los problemas de comunicación de labores mineras, pueden ser resueltas en el con rapidez y precisión, con este software. Otra herramienta de dibujo interesante para resolver este tipo de problemas es la Geometría Descriptiva. Combinando estas dos, tenemos poderosa herramienta que nos para poder resolver varios problemas mineros en las tres dimensiones.

3.3 INGRESO DE AZIMUT Y COTAS DESDE SUPERFICIE AL INTERIOR DE LAS LABORES MINERAS.

3.3.1.- Ingreso por socavón horizontal y con poca pendiente.

Este caso es bastante sencillo de resolver pues el teodolito se instala en la superficie y se relaciona con la PM mediante el HM o la línea base HR PP si la mesura fuera antigua (antes 1983). Se hace el calaje en la estación de superficie y luego se colocan las estaciones desde la superficie hacia afuera tal como se muestra en la figura

Ingreso por labor inclinada (> 45 ° y menor de 90°.) Métodos.- Existen varios métodos para resolver este problema depende

fundamentalmente del objetivo del levantamiento.

1.- Brújula colgante En este caso se hace cuando el levantamiento de la mina, no se puede instalar un teodolito común porque las condiciones no lo permiten o bien es muy lento y oneroso párale minero hacer plataforma para el operador y otra para el instrumento es que se recurre a este método, no es recomendable cuando

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se desea hacer una comunicación de labores o bien existen mucho fiero en la labor, debido a la atracción magnética locales.

El levantamiento consiste en colocar los tarugos en las cajas a una altura 1.2 m o otra que sea cómoda para el operador, estos tarugos se colocan en forma alternada o sea una en la caja derecha y el siguiente en la caja izquierda y asi sucesivamente, y entre ellos se tensa una lienza, tal como se muestra en la figura.

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La brújula colgante tiene un sistema de suspensión tipo cardanica, para que queda en posición horizontal, unos apretadores se colocan delante del instrumento y en la lienza, que sirven de freno, evitando que esta se deslice, el instrumento debe colocarse a unos mts del tarugo para evitar en lo posible la atracción magnética del clavo que este lleva. La inclinación se mide con el clinómetro de la brújula, es un medio círculo graduado a los 20 minutos sex. pudiendo leerse con cuidado los 10 minutos. Estas lecturas deben hacerse para el tiro directo e inverso. Para una mejor comprensión se muestra un registro de terreno Los puntos de relleno se toman con el método de abcisas y ordenadas usando para ello la lienza entre los tarugos.

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Oculares acodados.- En este caso, se le colocan en el ocular un accesorio especial al teodolito que le permiten leer hasta el cenit, ver figura.

El trabajo se debe iniciar desde el interior a la superficie ubicado siempre un tarugo auxiliar a uno 2 m. de para efectuar el calaje hacia abajo. El instrumento debe estar instalado de tal manera que el operador no lo mueva por eso a veces es conveniente hacer una plataforma para el equipo y otra para el operador de manera que estas sean independientes una de otra.

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Anteojo excéntrico.- Este método consiste en operar con instrumento especialmente

diseñado para este tipo de trabajo tal como el que se muestra en la figura, que tiene un anteojo auxiliar que permite hacer visuales desde el zenit al nadir, lo único que se debe tener en consideración es el desplazamiento del anteojo con respecto al centro del aparato, esta distancia es un valor constante que viene impresa por el fabricante, los cálculos son sencillos de entender según puede verse en el grafico que se acompaña.

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3.3.2 Ingreso por pique vertical Método de los dos plomos formando triangulo Isósceles

En la boca del pique, se dejan caer dos plomos pesados, de un largo conveniente, si hubiera agua en el fondo del pique, conviene dejarlos sumergidos unos varios metros, o bién se sumergen en un medio denso, por ejemplo; aceite usado, aserrín

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con agua, etc.Esto se hace con el fin de disminuir la amplitud de las oscilaciones en el interior. Los plomos se suspenden de alambre de acero fino, con el propósito de evitar alargamientos excesivos y imprecisiones en los calajes si estos fueran muy gruesos. La fig. 40 muestra la proyección vertical y la otra la proyección horizontal, de lo que debe ejecutase en la superficie como en el interior Aplicando el teorema del coseno de la trigonometría plana, se resuelve ambos triángulos y se determinan los ángulos anteriores de cada triangulo, y con estos se calculan los azimutes Resolviendo el triangulo de superficie: Los lados a, b, c se miden al milímetro la distancia horizontal tanto en superficie como en el interior del pique, la distancia c es común para ambos triángulos, por tanto, la diferencia entre el medido en la superficie como el del interior no deben haber discrepancias mayores de 1 mm o 20mm si estas fueran mayores nos estaría indicando que unos de los hilos de los plomos esta tocando en una de las cajas del pique. Esta comprobación es la primera que se debe hacerse antes de iniciar las demás operaciones de la traslación.

)cos(2222 bccba

bc

acbY

2cos

222

1

)cos(2222 accab

ac

bcaX

2cos

222

1

)cos(2222 caabc

ac

acb

2cos

222 De comprobación

Al sumar los ángulos , X1,Y1 tenemos:

+ X1+Y1 = 200 (teórico) en la practica sucede que : + X1+Y1 = 200 +e Este error debe estar dentro de tolerancia para compensar eT T = 0,03 gds , la compensación se hace para los ángulo X,Y solamente, el ángulo no se compensa ya que es el único que se a medido por reiteración, entonces la compensación sería:

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200 2

e 2

e Y11 X

Conviene comprobar el cálculo de los lados por el teorema del seno, al usar este y calcular los lados con los ángulo compensados se presentara diferencias entre lado calculado y el medido en terreno que deben estar dentro de la tolerancia Tolerancia 0,002 m El triángulo de interior se resuelve de la misma forma tiene las mismas tolerancias lo único que los hace diferente son los lados a y b. Una vez obtenido y comprobados los cálculos de superficie e interior, se procede a calcular el azimut de la línea P1P2, línea común para ambos triangulo, es decir tenemos la orientación de la línea P1P2 en el interior de la mina. Calculo del azimut en superficie: Az HM- Imán (IGM) Conocido:

Az HM M= Az HM-Imán 200+ HM Az M-P1= Az M-HM 200+ M

Az P1-P2= Az M-P1 200+ P1 Az P1-M= Az P1-P2 200+ P2

Az M HM= Az P2-M 200+ Pm

Como comprobación se debe cerrar en la misma línea con que se inicio el calculo sin error o sea:

HM- Iman = Az M -HM 200+ HM

Todos los métodos de traslación azimutal con plomos requieren del procedimiento de dejar caer los plomos por el pique vertical en algunos casos

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pueden ser, uno, dos o tres, por tanto la explicación de este método servirá para todo ellos, excepto por algunos casos que requieren algunas explicaciones. Problema de aplicación: Se realizara una traslación azimutal en pique norte de Mina Carola en Tierra Amarilla con el propósito de trasladar desde la superficie de la mina al interior de la labor subterránea, el Azimut, Cota y determinación de coordenadas del T2 del nivel 780. Contenido del Informe. - Reiteraciones de superficie y de interior - Cálculos de triángulos y su compensación - Cálculo del azimut de partida de superficie mediante observación astronómica al sol al azimut de interior al T2

- Coordenas de T2 - Cota del tarugo T2

Método de los plomos en línea.

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Método de los tres plomos.- Consiste en dejar caer por el pique vertical tres plomos en línea y equidistante, esto se puede hacer mediante una platina de fierro con tres perforaciones o ranuras separadas a igual distancia.

X+ + + Y = 180° X + = 180- - Y

Y + + + = 180° + = 180 - - Y Dos cantidades iguales .

son Iguales a una tercera

X + = +

X = + + (1) : los ángulos , , deben ser medidos por reiteración

Orientación línea S-T en interior:

Calculo

21́tan

PP

a 21́ PP =

tan

a ;

3́2tan

PP

a

tan3́2

aPP

3́1́ PP 21́ PP +´ 3́2PP = tan

a +

tan

a 3́1́ PP

tan

2a

31

cot3́cot3́

aSPa

SP

31́

2tan

PP

a

1́3́

2tan

SPSP

a

cot1́cot1́

aSPa

SP

cotcot

2tan

a

a =

cotcot

2tan

aa

a

sensen

coscos

2tan

=

sensen

sensen coscos

2

=

sensen

sen )(2

)(

2tan

sen

sensen

Obtenido el se procede a calcular el ángulo X según la fórmula (1): y con este valor se procede a orientar la línea S-T. Nótese que la orientación de la línea S-T es independiente de la medida de la distancia que es una de la ventaja de este método Método de Weis.-

Análisis métodos de traslación con plomos: Son los más usados en la practica, pues son empleados a cualquier profundidad . Pero los hilo permanecen inestables, incluso si en el fondo están inmovilizados, aunque el pique este sin ventilación.

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De los métodos analizados y comprobados en terreno de forma experimental se tiene que: 1) En trabajos prácticos de terreno se puede señalar tres métodos posibles de usar, según análisis de su menor EP, estos son: Triángulo tradicional. Alineamiento de dos plomos y cuadrilátero de Weiss. 2) De los métodos mencionados, se recomienda utilizar el del triángulo tradicional, siempre que los ángulos no sean menores de 30 gds. Por comparación en los resultados obtenidos y costo, además la ejecución en terreno no ofrece mayores dificultades, lo mismo que en el cálculo. El método de alineamiento de dos plomos ofrece buenos resultados, simplifica el trabajo en terreno y el cálculo, pero presenta la dificultad de alinear lo más preciso posible los dos plomos con el instrumento, ya que de este proceso dependen en gran medida los resultados a obtener. El método del cuadrilátero de Weiss por su costo, mayor número de medidas angulares y cálculo complejo, es recomendable usar solo cuando el o los brocales del pique sean demasiado anchos que no permitan las medidas con huincha del instrumento a los plomos o entre plomos. 3) El método de alineamiento de los tres plomos, no ofrece mayores dificultades, El problema se presenta en este caso el ángulo de salida hacia el interior de la mina, pues este es obtenido mediante cálculo matemático, por lo que cualquier error es difícil de detectar e incidirá en los resultados finales. No es recomendable por su operatoria y baja precisión. 4) en todos los métodos expuestos el tiempo en terreno y el equipo de trabajo incide en el costo y dependen en buena forma de los siguientes aspectos: - Ayudantes con conocimientos en trabajos topográficos. - Tener una secuencia clara y definitiva del trabajo a realizar. 3.4 Métodos modernos Punto de impacto.- Láser Giroscopio Análisis de los métodos de traslación en general

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3.5 COMUNICACIÓN DE LABORES MINERAS 1. - Comunicación de la frente de las labores en este caso se comunica la frente de las dos labores calculada lo que sigue: Datos necesarios: Croquis T1( , , ZY 111X ) Frente de una de las labores

T2( , , ZY 222X ) Frente de la otra labor

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Método grafico de cálculo. En este tipo de comunicación siempre es necesario efectuar un calculo prelimar del problema en forma gráfica ya sea empleado Geometría Descriptiva u otro metodo de dibujo de tal manera que el calculo matemático afina solamente el resultado final Cálculos Azimut de la comunicación

Se debe analizar en que cuadrante se encuentra el Ángulo para llevarlo a Rumbo o Azimut

x

y tan

arc

12

12

xx

y

X

yy

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Distancia horizontal de la comunicación

Dh T1-T2 = 22 YX2

2( 12

2( 1 ) ) XXYY

Distancia inclinada de la comunicación

Dh T1-T2 = 22 YX 2 ) 22( 1

22( 1 ( ) ) 21 ZZXXYY

Pendiente de la comunicación

Pendiente T1 –T2 = 21 TdhT

z

x100

Angulo vertical

ZZz 12

V Zenital = dh

z arctan

2. - Comunicación de pique con Galería 3. - Comunicación dos labores horizontales

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3.1 Las dos galerías tienen el mismo acimut pero distinta cota 3.2. Las dos galerías tienen el mismo acimut pero se cruzan en cota 3.3. - Comunicación dos galerías se cruzan el plano horizontal pero están a distinto

nivel 3.4. - Comunicación dos galerías se cruzan el plano horizontal pero están a distinto

nivel y tienen distinta inclinación 3.5. - Comunicación de labores mediante curvas horizontales Calcular los elementos necesarios para el replanteo de una curva circular en el nivel 370 en la mina Navío entre la galería horizontal definidas los tarugos T1-T2 y T10-T11. Cuyas coordenadas UTM. son: Pto Norte Este Observaciones

T1 61015,277 5672,633 R= 30 m

T2 61017,236 5682,459 Calcule el replanteo considerando

cuerdas solamente

T10 60995,171 5721,171 Replanteo se hará con teodolito

T11 61005,442 5714,965 Y huincha de acero

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