30715997 Gerdau AZA Manual Saferock 2008

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Manual Sistema de Refuerzo de Rocas con Pernos SAFEROCK

Manual Sistema de Refuerzo de Rocas con Pernos SAFEROCKAutor:Dr. Ing. Alfonso Carvajal Rojas

Colaboradores:Eugenio Santander A. Jos Castillo M.

Editor:Carlos Rondon S.M. Diseo y Produccin Grfica: Casenave y Asociados Direccin de Arte: Soledad Casenave P. Diagramacin: Ernesto Amaya G.

Ilustraciones:Ingrid Aguilera A. Fotografa: Francisco Aguayo Jorge Brantmayer Matas del Campo Impresin: M y M Servicios Grficos S.A. Derechos Reservados (C) por Gerdau AZA S.A. La Unin 3070, Renca. Santiago de Chile. Copyright (C) MMVII, por Gerdau AZA S.A. SAFEROCK Marca Registrada N742199 Patente de Invencin 125-2005 Inscripcin en Propiedad Intelectual N 164.756. 1 Edicin: 2.000 ejemplares, junio de 2008 Impreso en Chile - Printed in Chile No est permitida la reproduccin total o parcial de este documento, ni su tratamiento informtico, ni la transmisin de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrnico, fotocopia, registro u otros medios, sin la aprobacin y por escrito de Gerdau AZA S.A.

Otros documentos tcnicos de Gerdau AZA S.A. disponibles para los usuarios interesados, son: Manual de Clculo de Hormign Armado Manual de Armaduras de Refuerzo para Hormign Manual de Diseo para Angulos Estructurales L-AZA Catlogo Tcnico de Barras y Perfiles Laminados Para consultas sobre nuestros productos y servicios, visite nuestra pgina web: www.gerdauaza.cl

Vista area de la Planta Renca de Gerdau AZA, instalacin donde son laminados los pernos SAFEROCK.

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Manual Sistema de Refuerzo de Rocas con Pernos SAFEROCK

Gerdau AZA, empresa per teneciente al Grupo Gerdau, tiene el agrado de presentar a la comunidad de profesionales y estudiantes de los sectores de la geotecnia, geomecnica, ingeniera de excavaciones, ingeniera civil estructural y construccin, la primera edicin de su Manual Sistema de Refuerzo de Rocas con Pernos SAFEROCK , mediante el uso de barras de acero producidas por Gerdau AZA. El presente Manual, de 226 pginas, que consta de once captulos y un anexo, tiene su contenido orientado, fundamentalmente, hacia todos los profesionales vinculados con el diseo, clculo y ejecucin de excavaciones y la estabilizacin de estratos rocosos de taludes en minas de tajo abier to y en caminos de alta montaa, como tambin con la docencia de esta especialidad. Esperamos que sea un apor te valioso y necesario para todas las personas que lo utilicen como texto gua o como un documento de consulta permanente. Entre los temas abordados por el autor de este texto podemos destacar, la propuesta para la ingeniera de excavaciones, el mtodo de anlisis de riesgo, los procedimientos de diseo para tneles de roca, la descripcin y caractersticas del sistema de refuerzo de rocas, con su respuesta y evaluacin, el estudio

y anlisis del perno SAFEROCK, su instalacin y una serie de herramientas prcticas para el diseo. Agradecemos, muy sinceramente, el valioso apor te tcnico del autor y de su equipo interdisciplinario de colaboradores de la Facultad de Ingeniera de la Universidad de La Serena, a la empresa DSI SOPROFINT por su inapreciable colaboracin en el desarrollo del sistema de refuerzo SAFEROCK y a cada uno de los integrantes de la Superintendencia de Geomecnica de CODELCO Divisin El Teniente, cuyos apor tes y pruebas realizadas en terreno fueron decisivas para lograr las mejoras del producto SAFEROCK , al permitirnos contribuir a travs de este medio, con la ingeniera y la construccin de excavaciones en super ficie y subterrnea en Chile. A todos ellos, un sincero reconocimiento por el respaldo y la confianza que han depositado en nuestra empresa y de manera muy especial, a todas las personas que directa o indirectamente, da a da, especifican y utilizan nuestros productos, como tambin a aquellas que nos entreguen cualquier apor te, obser vacin o comentario que sir va para enriquecer estas pginas en futuras ediciones.

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El presente Manual es el producto de tres proyectos de investigacin encargados y financiados por Gerdau AZA. Uno de ellos consisti en analizar la literatura relacionada con los sistemas de refuerzo en roca, utilizando pernos de acero, extractando los principios y fundamentos, que en la consideracin del autor son los ms impor tantes, y otros que son incluidos por su temario, teora y principios sobre cmo se debe operar en la ingeniera de excavaciones. Los otros dos proyectos corresponden a investigaciones aplicadas, cuya finalidad fue lograr un producto que tenga mejores propiedades y compor tamiento bajo solicitaciones de carga. De esta manera, se estudi el diseo del perno SAFEROCK y el sistema propuesto por Gerdau AZA, cuyos resultados ms impor tantes aparecen en este trabajo. Este manual no pretende constituir una obra de anlisis profundo de los complejos fenmenos que se presentan en la naturaleza de las masas de roca, cuando son inter venidas por el hombre, sino ms bien el esfuerzo est orientado a entregar una visin de conjunto de la problemtica, dando pautas y formas de integracin de los distintos actores que inter vienen en la ingeniera de excavaciones, tales como el diseo de; la excavacin propiamente tal, la per foracin y voladura y el sistema de refuerzo y/o sopor te.

Del mismo modo, se entregan en forma grfica conceptos extractados de la literatura especializada, que forma la mayor parte de este trabajo, y proporciona algunas reglas empricas de uso prctico y el procedimiento de instalacin correspondiente. Lo anterior nos hace pensar que el texto puede ser usado tanto por estudiantes como por profesionales relacionados con construcciones o excavaciones, ya sean estas de superficie o subterrneas, como una herramienta para el diseo e instalacin del perno de refuerzo SAFEROCK y su sistema. El perno y la tuerca SAFEROCK, productos registrados por Gerdau AZA de acuerdo con la Patente de Invencin N 125-2005, han sido aplicados crecientemente y en forma satisfactoria en Chile, en la fortificacin de tneles y otras operaciones mineras de la empresa Codelco Divisin El Teniente y en tneles y estabilizaciones de suelos en construcciones del Metro de Santiago, entre otras importantes obras de infraestructura. La aceptacin y el xito que han tenido los pernos SAFEROCK y su sistema entre los usuarios, se debe a sus caractersticas y a las mejores tcnicas introducidas en el diseo y fabricacin del conjunto, lo que ha permitido ir desplazando paulatinamente a los pernos tradicionales existentes en el mercado.

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Manual Sistema de Refuerzo de Rocas con Pernos SAFEROCK

Alfonso Carvajal Rojas, Ingeniero de Minas, Master of Science (1994) y Doctorado (Sc.) (2003) con especialidad en geomecnica minera de la Universidad de Ciencia y Tecnologa de Polonia es, adems, Ingeniero de Ejecucin de la ex Universidad Tcnica del Estado, Sede La Serena. Se desempe en minera masiva durante diez aos en Codelco Chile Divisin El Teniente y minera selectiva en la Compaa Minera El Indio durante dos aos. Ha publicado 18 ar tculos tanto en Chile como en el extranjero, ha par ticipado en las redes temticas iberoamericanas de Ciencia y Tecnologa para el Desarrollo (CYTED), e invitado a par ticipar tanto en proyectos, dictar conferencias tcnicas, cursos de postgrado y visitas tcnico-cientficas en Per, Argentina, Venezuela, Cuba, Ecuador, Brasil, Polonia, Espaa, Inglaterra y la Repblica Checa.

En Chile ha participado en proyectos FONDEF y DIULS, consultoras, conferencias tcnicas y cursos de per feccionamiento en empresas e instituciones como: Codelco Chuquicamata, El Salvador, Andina y El Teniente, Minera Las Cenizas, Los Pelambres, Candelaria y el Instituto de Ingenieros de Minas. El doctor Car vajal ha sido profesor tutor de varias memorias de ttulo para ingenieros de ejecucin y civil de minas, profesor tutor en el programa de postgrado "Magster en Ingeniera de Recursos Minerales" para ingenieros del Per, y actualmente es director del Departamento de Ingeniera de Minas y de un proyecto de posttulo virtual, miembro del consejo acadmico de la Universidad de La Serena, profesor de los cursos de per foracin y tronadura, mtodos de explotacin y construcciones subterrneas y miembro permanente del comit cientfico del International Mining Forum de Polonia.

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Productos y procesos de calidad reconocida y certificada

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Manual Sistema de Refuerzo de Rocas con Pernos SAFEROCK

Captulo 11.1 1.2

INFORMACION GENERAL

Proceso de Fabricacin y Control de Calidad Identificacin, Dimensiones, Grados del acero y Caractersticas de los Elementos del Sistema SAFEROCK

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Captulo 22.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

GENERALIDADES El Refuerzo de Roca y la Calidad Total Seguridad en Excavaciones Control de Dao como Consecuencia de la Cada de la Roca Accidentabilidad Relacin Marco-Perno Historia de su Aplicacin en Minera 25 28 30 30 32 33

Captulo 33.1 3.2 3.3

LA INGENIERIA DE EXCAVACIONES Ingeniera de Rocas Propuesta para la Ingeniera de Excavaciones Mtodo de Anlisis de Riesgo 39 45 50

Captulo 44.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

PROCEDIMIENTO DE DISEO PARA TUNELES EN ROCA Revisin al procedimiento de Diseo para Tneles en Roca Procedimiento de Diseo de Tneles en Roca Control del Debilitamiento de las Excavaciones Subterrneas Tamao de la Excavacin y Nmero de Discontinuidades Nivel de Esfuerzos Diseo de Soporte para Rocas Sobrestresadas Definicin del Criterio de Falla Concepto Arco de Roca 57 59 61 62 62 67 68 71

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Captulo 55.1 5.2 5.3 5.4

COMPUTACION APLICADA AL DISEO DE EXCAVACIONES Aspectos Generales Gua para el Modelamiento Numrico Clculo en dos o tres Dimensiones Resumen 75 77 80 81

Captulo 66.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8

SISTEMA DE REFUERZO DE ROCAS Conceptualidades del Refuerzo Tipos de Refuerzo Accin del Refuerzo Componentes del Sistema de Refuerzo SAFEROCK Clasificacin del Sis