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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
8/13/2019 Sotenimiento Con Pernos de Anclaje (6-1)
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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;
Dimetro de la perforacin = de la barra + 10 a 15mm
Con lechada de cemento;
Dimetro de la perforacin = de la barra + 10 a 26mm
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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Identificacin de Terrenos Peligrosos
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
Identificacin de Terrenos Peligrosos
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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 :
Identificacin de Terrenos Peligrosos
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
Recommended