Geotecnia y fortificación- 02-J.Alvial

8/13/2019 Geotecnia y fortificacin- 02-J.Alvial

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GEOTECNIA Y

FORTIFICACIN - 2


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La fortificacin consiste en recubrir o reforzar el entorno de una labor

subterrnea, mediante algn elemento de sustento, tales como marcos,mallas, pernos, shotcrete, o una combinacin de ellos.

La fortificacin entrega una importante contribucin a la seguridad enlabores subterrneas, por lo tanto, los encargados tienen una gran

responsabilidad y deben estar seguros de que su trabajo est bienhecho.

La fortificacin en labores mineras tiene los siguientes objetivosbsicos:

Evitar derrumbes Proteger a los trabajadores, equipos, herramientas y materiales

Evitar deformaciones de las labores subterrneas.

ASPECTOS GENERALES DE LA FORTIFICACION


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El Reglamento de Seguridad Minera (D.S. N132, Captulo SextoFortificacin,articulo 157) indica que:

Lostrabajos subterrneos deben ser provistos, sin retardo, del

sostenimiento ms adecuado a la naturaleza del terreno ysolamente podrn quedar sin fortificacin los sectores en loscuales las mediciones, los ensayos, su anlisis y la experienciaen sectores de comportamiento conocido, hayan demostrado sucondicin de auto soporte consecuente con la presencia depresiones que se mantienen por debajo de los lmites crticosque la roca natural es capaz de soportar.



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Las principales funciones que debe cumplir un sistema defortificacin son:

Reforzar el macizo rocoso para fortalecerlo, permitiendo que stese soporte por si mismo, aminorando de esta forma elfracturamiento progresivo que sufre.

Retener la roca fracturada en las superficies de la excavacin(zona plstica), por razones de seguridad.

Sostener o adherir fuertemente el o los elementos del sistema de

soporte al fondo de la roca estable y prevenir el fracturamiento deroca por efecto de la gravedad.



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Fortificacin Activa: son aquellos elementos o sistemas de

soporte que ejercen accin soportante, desde el mismo momentoen que son instalados, mediante la aplicacin de una carga externasobre el macizo rocoso.

Tambin se definen como activos, aquellos sistemas que modificanel interior del macizo. Entre estos tenemos los Pernos con Anclajes

Expansivos, Pernos tensados y Cables de Acero tensados.

Fortificacin Pasiva: son aquellos elementos o sistemas desoporte que no aplican ninguna carga externa al momento de lainstalacin y slo trabajan cuando el macizo rocoso experimenta

alguna deformacin o cundo son solicitados estticamente.Tambin se definen como Pasivos los sistemas que modifican elexterior de la excavacin: Entre estos se encuentran las mallas,soporte con maderas, marcos metlicos, shotcrete.

CLASIFICACION DE LA FORTIFICACION


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ELEMENTOS DEFORTIFICACIN

PernosMalla Metlica

Shotcrete

Marcos

Metlicos

Cables

SISTEMAS DEFORTIFICACIN

Sistema Perno-Malla

Sistema Perno-Malla-Shotcrete

Cables lechados

Perno Malla - Marco

ELEMENTOS Y SISTEMAS DE FORTIFICACION


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ELEMENTOS DE FORTIFICACIN: Son las unidades bsicas de los

Sistemas de Sostenimiento.

Segn su temporalidad se clasifican en:

Fortificacin de Desarrollo:

Se instalan inmediatamente despus del disparo.Brindan seguridad inmediata al personal y equipos.Evitan el deterioro prematuro del macizo.La instalacin oportuna evita riesgos.

Fortificacin Definitiva:Aseguran estabilidad durante la vida til de la Mina.Permiten extraer la tasa de produccin programada.Ejemplos fortificacin de putos de extraccin, pilares calle/zanja y cablesal techo.

CLASIFICACION ELEMENTOS DE FORTIFICACION


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FORTIFICACIN

TEMPORALIDAD FUNCIONALIDAD

ACTIVA PASIVADEFINITIVADESARROLLO

CLASIFICACION ELEMENTOS DE FORTIFICACION


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FORTIFICACIN CON PERNOS

Actualmente se usan diferentes tipos de pernos de anclaje.

Clasificacin de acuerdo al sistema de anclaje o sujecin.

Anclaje puntual (extremo).

Anclaje sistemtico a lo largo de toda la barra del perno o

anclaje repartido.

La clasificacin que utilizaremos es la siguiente:

Pernos anclados mecnicamente

Pernos anclados con resina o cemento

Pernos anclados por friccin


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PERNO

FUNCIN DE LOS ELEMENTOS DE FORTIFICACIN:Contribuir a la estabilizacin de la excavacin subterrnea

Elemento desostenimiento

Reforzar el macizo, sostenerlos bloques y contener laspotenciales proyecciones

Tipos

Anclaje por adherencia:Pernos Helicoidales

Pernos fibras, otros

Tipos

Anclaje por friccin:SplitSet

Swellex


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1 Perno de ranuray cua

2 anclaje deexpansinnormal.

3a y 3b anclajesde expansincompuesto

PERNOS ANCLADOS MECANICAMENTE


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- BARATO Y FACIL DE INSTALAR- BUENA CAPACIDAD DE SOPORTE CUANDO QUEDA BIEN ANCLADO.- BAJA CAPACIDAD DE CARGA (8 t)

- MUY SENSIBLE A LAS VIBRACIONES Y CORROSION

- FRECUENTEMENTE NO QUEDAN BIEN INSTALADOS

PERNO CON CABEZA DE EXPANSION


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Ventajas

Relativamente de bajo costo.

Trabaja de manera inmediata.

Al girar el perno, se aplica presin lateral en la cabeza del perno yde esta manera se acumula tensin en el mismo.

Con un relleno posterior de cemento el perno puede servir comofortificacin permanente.

En rocas duras el perno puede soportar cargas altas.

Es un sistema verstil para fortificacin en rocas duras.

Desventajas

Su uso est limitado a rocas moderadamente duras a duras.

Difcil de instalar.

Debe ser monitoreado despus de su instalacin.

Pierde capacidad debido a tronaduras cercanas o cuando la rocase fractura alrededor de la zona de expansin.

PERNOS ANCLADOS MECANICAMENTE


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Los pernos de anclaje por adherencia, con resina o cementohan sido usados los ltimos 40 o 50 aos en minas yconstrucciones civiles.

El tipo ms comnmente usado es el perno, de barra de fierro

o acero tratado.

Se utiliza cemento o resina como adherente.

La resina resulta conveniente para ser usada en pernos

sometidos a altas tensiones desde momentos tempranos y/opretensados, lo cual no descarta su uso en pernos sin tensinprevia.

PERNOS ANCLADOS CON RESINA OCEMENTO


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Pernos anclados con resina o cemento


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GROUTING Mortero de Anclaje

Adherencia

Lechada de cemento

Lechada de resina

TUERCA Elemento de fijacin

Contacto entre el perno y la planchuela

Elemento deacero plano

Sostener malla

Aumentar el rea decontacto del perno

PLANCHUELA


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LECHADA PARA PERNOS Y CABLES

La lechada debe tener una resistencia a la compresin a los 28das mnima de 100 kg/cm

2

.

Despus del fraguado, la lechada deber resistir tracciones en elperno de 10.7 ton.

Tiempo til o inicio de fraguado mnimo: 30 min

Razn agua/cemento = 0.8



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- ALTA CAPACIDAD DE CARGA (16 t)

- BUENA PROTECCION CONTRA LA CORROSION

- DIFICULTADES PARA REALIZAR UN BUEN CONTROL DE CALIDAD.

- REQUIERE UN ESTRICTO CONTROL DE LA LECHADA ( razonagua/cemento, tiempo de curado, insercin de la lechada).

PERNO LECHADO


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- ALTA CAPACIDAD DE CARGA ( mayor 22 t)

- BUENA CAPACIDAD DE SOPORTE CUANDO QUEDA BIEN INSTALADO

- RAZONABLE PROTECCIN CONTRA LA CORROSION

- SE DEBEN CONOCER EN DETALLE LAS CARACTERISTICAS DE LA RESINAUTILIZADA (vida util, procedimiento para insertar en la perforacin y mezcla,temperatura de trabajo, efectos sobre la piel de los trabajadores).

PERNO ANCLADO CON RESINA


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Ventajas:

Rpida accin despus de haber sido instalado.

Si una resina de rpido fraguado se usa como adherente, el pernopuede ser cargado tempranamente.

En instalaciones permanentes el perno puede tener altaresistencia a la corrosin.

Desventajas:

Los cartuchos de resina tienen periodos de vigencia. En determinados casos su manipulacin representa un riesgo, al

tomar contacto con la piel de los trabajadores.



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Existen dos tipos: Split set y SwellexSolo el split set es realmente de friccin.

El swellex, combina la fuerza de friccin sumada al mecanismode expansin del perno al interior del barreno que

habitualmente tiene paredes irregulares. Esta situacin generauna accin de bloqueado que permite obtener alta resistenciaa la traccin.

PERNOS ANCLADOS POR FRICCION


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PERNOS ANCLADOS POR FRICCIONSPLIT SET


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- FACIL DE INSTALAR

- ES EL MAS BARATO DE TODOS LOS PERNOS

- BAJA CAPACIDAD DE CARGA

- EXTREMADAMENTE SENSIBLE AL DIAMETRO DE PERFORACION.

- SENSIBLE A LA CORROSION

PERNO SPLIT-SET

PERNO SWELLEX


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- FACIL DE INSTALAR.

- BUENA CAPACIDAD DE CARGA- NO TIENE IMPORTANCIA EL DIAMETRO DE LA PERFORACION

- REQUIERE EXPERIENCIA Y CONTROL DE CALIDAD EN LAINSTALACION.

- ALTO COSTO.

PERNO SWELLEX


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Drilling1 Expansion3

Atlas Copco

Pumpautomatically stops4

Atlas Copco

Insertion2

SECUENCIA DE INSTALACIONSwellex


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Ventajas:

Instalacin rpida y simple

El soporte es inmediato despus de su instalacin.

Puede ser usado en una variedad de condiciones de terreno.

El Split set es el perno de mas bajo costo del mercado.

Desventajas:

El Swellex es relativamente caro.

Se requiere proteccin contra la corrosin si se usa en

instalaciones permanentes.

Se requiere una bomba para su instalacin para el Swellex.

La carga que resiste el Split set es baja, aunque podra quedar

bien anclado en macizos con fracturas activas.

PERNOS ANCLADOS POR FRICCION


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Anlisis cargadeformacin en pruebas delaboratorio


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FORTIFICACIN CON CABLES DE ACERO

Un cable de acero es un conjunto de alambres de acero,

retorcidos helicoidalmente, que constituyen una cuerda demetal apta para resistir esfuerzos de traccin con apropiadascualidades de flexibilidad.


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Ventajas:

Costo reducido, si se mide por metro de soporte.

Correctamente instalado, es un sistema de refuerzo de altaduracin.

Puede ser instalado de cualquier largo en reas estrechas.

Entrega una alta capacidad de carga en cualquier tipo de roca.

Alta resistencia a la corrosin. Una vez anclados pueden tensarse por medio de herramientas

especiales

Desventajas:

Una pretensin del cable slo puede ser posible con unainstalacin especial.

El uso de cemento estndar requiere de varios das defraguado, antes que el cable pueda tomar carga.

FORTIFICACIN CON CABLES DE ACERO


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Mtodos deinyeccin delechada para

instalar cables defortificacin.

P i i d l h d l j d


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Proceso inyeccin de lechada para anclaje decables de fortificacin

MangueraRetorno

MangueraInyeccin

I t l i Pl d bl d f tifi i


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La plancha (320*320*40mm) es afianzada a la superficie mediante el empleo de

dos pernos hilti. Posteriormente se realiza el montaje de los dispositivos para la

operacin de tensado.

Instalacin Placa de cable de fortificacin

Perno Hilti

Pl C bl d A l j H i t l


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I

IIIII

IV VI

VII

IX VIIIIX

Plano Cable de Anclaje Horizontal


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PlacaApoyo

SillaTensado

GatoHidrulico

Gripper

Regleta

SoporteRegleta


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Gripper

FORTIFICACIN CON MALLAS DE ACERO


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Las mallas para fortificacin de tneles estn fabricadas con alambrede acero de alta resistencia, en diferentes grosores, lo que permiteutilizar una mayor distancia entre anclajes.

Su uso es especialmente indicado en zonas comprometidas porestallidos de rocas o donde el macizo rocoso est muy alterado y por lotanto muy fragmentado.

El alambre est protegido contra la corrosin por una aleacin especial,superior al galvanizado habitual.

En minera hay dos tipos de mallas: Mallas Mineras Electrosoldadas

Mallas Tejidas, trenzadas o de bizcocho


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Fortificacin conMallas

Electrosoldadas


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Fortificacin conMallas

Trenzadas



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Las mallas tejidas tienen alta flexibilidad y capacidad de

absorber importantes cantidades de energa, dependiendode su instalacin.

Son eficientes en la retencin de bloques pequeosinestables, provocados por eventos ssmicos o activacin deestructuras.

Las mallas se instalan apegadas a las paredes de la labor,con todas sus singularidades, siendo afirmadas con pernos yafianzadas a la superficie de la roca con planchuelas ytuercas.

Entre una y otra malla deben ser traslapadas en sus bordesperifricos.

Las mallas metlicas es un muy buen complemento alshotcrete.




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Traslape de MALLAS METLICAS

La dimensiones del traslape, utilizando Malla Trenzada son:

Malla 5008 Mnimo 20 cm

Malla 10006 Mnimo 30 cm

El objetivo principal del traslape:

Dar continuidad a la malla, para retener fragmentos de

roca que pudieran caer entre la malla.




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CORRECTAINSTALACION DE LA

MALLA

Gancho

metlico

Taco de

cemento

Se deber fijar la malla de modoque se garantice elrecubrimiento mnimoespecificado.

Para fijar la malla se debernusar tacos de cemento de 2 x2x 2y ganchos metlicos


M ll I t l d f tifi i


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Malla Instalada como fortificacin

Se observan trozos de roca que podran haber

cado sobre personas o equipos

FORTIFICACIN CON SHOTCRETE U HORMIGON


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FORTIFICACIN CON SHOTCRETE U HORMIGONPROYECTADO

El hormign proyectado o Shotcrete es un material transportado a travs de

una manguera, que se lanza neumticamente, a alta velocidad, contra unasuperficie.

La fuerza con que el hormign o mortero llega a la superficie, hace que lamezcla se compacte logrando que esta se sostenga a s misma, sin escurrir,incluso en aplicaciones verticales.

Este sistema, ha tenido en los ltimos aos un gran desarrollo y combinado

con otros mtodos de sostenimiento, da ms rapidez, seguridad y menorcosto a la faena.

1

m90

Uso de

equipo

de

levante



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Mezcla hmeda que se proyecta a gran presin sobre la superficie a fortificar.Compuesto por arena, cemento, agua y aditivos.

Fortificacin Pasiva.

La capacidad de proyectar grandes volmenes, acelerar el fraguado y la

ganancia de resistencia, hace de esta tcnica una parte esencial de la construccinsubterrnea moderna.

Cumple funciones de contensin, generando un mayor nivel de confinamiento al

macizo, para contrarrestar la convergencia del tnel, reduciendo el riesgo de

generacin de grietas.

El principal propsito del shotcrete es ayudar a la masa de roca a mantener su

integridad.




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El shotcrete proyectado se aplicar en capas de 2.5 a

5 cm de espesor aproximadamente (para evitar que elshotcrete caiga por su propio peso).

En las zonas que sea necesario ms de una capa, sedeber esperar porlo menos 8 horas entre las aplicaciones.

Capa insuficiente de shotcrete




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Shotcrete


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Shotcrete

El shotcrete posee ventajas enormescomo material de construccin. Lacapacidad de proyectar grandesvolmenes de concreto y de acelerar elfraguado y la ganancia de resistencia,hace de esta tcnica una parte esencial

de la construccin subterrneamoderna.



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EquipoTelecomandado




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- El shotcrete se debe instalar inmediatamente despus dedesarrollado el tnel (lo antes posible). De esta forma se lograconfinar los contornos y evitar prdida de humedad.

-El shotcrete debe adquirir resistencia temprana para resistir lasdeformaciones de las paredes y techos.

-Si el shotcrete se cierra como anillo adquiere mayor resistencia.




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Diseo de mezcla de shotcrete

Cemento 500 kg

Microslica 40 kg

Agua 243 l

Arena/agregados 1522 kg

Superplastificante / retardador 6,48 kg

Fibra de acero 40 kg

Acelerador 25 a 35 kg


PREPARACIN DE LA SUPERFICIE


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PREPARACIN DE LA SUPERFICIEANTES DE LA APLICACIN DE SHOTCRETE

- LAVAR SUPERFICIE CON AGUA Y AIRE COMPRIMIDO.

- REMOVER TODO EL MATERIAL SUELTO.- ASEGURAR QUE EL AGUA PENETRE EL SHOTCRETE ANTIGUO Y QUE LASUPERFICIE QUEDE HMEDA.

- SI NO SE HACE LO ANTERIOR, EL SHOTCRETE ANTIGUO EXTRAE AGUA DELSHOTCRETE NUEVO, NECESARIA PARA SU HIDRATACIN (Quedar una capa msdbil).

- PARA PROYECCIN MANUAL DE SHOTCRETE EN ROCA, MANTENER EL PISTNA 11,5 M DE LA SUPERFICIE.

- CON ROBOT LA DISTANCIA DEBE SER DE 1,52,0 M

-PROYECTAR SHOTCRETE DE MANERA PERPENDICULAR A LA ROCA

-MOVER EL PISTN PARA EVITAR CAPAS MUY GRUESAS

- RELLENAR ESPACIOS VACOS Y ESQUINAS EN PRIMER LUGAR

REGLAS PARA LA APLICACIN DE SHOTCRETE

FORTIFICACIN CON MARCOS METALICOS


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FORTIFICACIN CON MARCOS METALICOS

En los comienzos la madera fue usada para la fortificacin, por su

accesibilidad, buenas condiciones de flexibilidad. Tena corta vida tilpor el deterioro que sufre al estar expuesta a las condicionesambientales subterrneas.

En la dcada del 40 se desarroll el marco metlico, reemplazando lafortificacin de madera. Son ms rpidos y sencillos en colocar. No se

deterioran fcilmente como la madera. Se utiliza principalmente bajo condiciones de alta inestabilidad, donde

las presiones son demasiado altas para otro tipo de sostenimiento.

Este mecanismo de sostenimiento, desde el punto de vista de latemporalidad es del tipo definitiva.

Desde el punto de vista de la funcionalidad es un sistema defortificacin pasiva, pues modifican el exterior de la labor y acta almomento de que el macizo rocoso comienza a sufrir deformaciones osolicitaciones.

LUGARES DONDE SE RECOMIENDA FORTIFICAR


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Puntos de Extraccin: se utilizan entre 2 a 5 marcos alineados en unaconfiguracin tpica, embebidos en hormign armado.

Reparacin de sectores colapsados: se utilizan para recuperar la infraestructuraminera colapsada, generalmente combinado, con encastillamiento de madera.

Desarrollo de galeras con alta presencia de agua o de muy mala calidad

geotcnica. En este ambiente es imposible utilizar otro tipo de sostenimiento, comopor ejemplo pernos o cables.

Zonas de sobreexcavacin: Se utilizan los marcos en zonas sobre excavadas,producto de sistemas estructurales, asociado con castillos de maderas. Los

marcos determinan la forma del tnel o labor en estos casos.

Interseccin de labores, donde el cableado no sea eficiente.

Portales de acceso olabores en general.

LUGARES DONDE SE RECOMIENDA FORTIFICARCON MARCOS METALICOS

Fortificacin con marcos metlicos


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Fortificacin con marcos metlicos

SECUENCIA DE INSTALACION DE MARCOS


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RETIRO DE MARCOS ENBODEGA

TRASLADO DE MARCOSA LA POSTURA

ARMADO DE MARCOS ENEL PISO

MONTAJE Y FIJACION

FIJACION DE MARCOS METALICOS


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FIJACION DE MARCOS METALICOS

Una vez levantado el marco se soldan fierros de 22mm,

desde los pernos a los marcos.

IJACION DEFINITIVA DE MARCOS METALICOS


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IJACION DEFINITIVA DE MARCOS METALICOS

Se debe centrar,fijar y marcar laposicin del

marco.

Posteriormentese hormigonanlos pollos o basesdel marco.

SISTEMAS DE FORTIFICACION


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SISTEMAS DE FORTIFICACION

Los Sistemas de Fortificacin, son una combinacin de

distintos elementos de fortificacin, instalados en una laborsubterrnea, con el fin de estabilizar el contorno de laexcavacin.

SISTEMA DE FORTIFICACIN CON PERNO Y


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Contempla pernos tipo rosca lechados con planchuela ytuerca, de 22 mm de dimetro. El largo del perno varaen el rango de 2.3 m a 2.9 m; dependiendo de la calidaddel macizo rocoso. La malla utilizada es del tipoBizcocho 10006.

MALLA

SISTEMA DE FORTIFICACIN CON PERNO Y


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La disposicin tpica de este sistema es instalar pernos de 22mm. de dimetro, con 2,4 a 3,0 m de largo, dependiendo de lacondicin local del macizo rocoso, con planchuela y tuerca.

La malla es del tipo bizcocho y todo el sistema se consolida conuna capa de shotcrete de un espesor tpico de 10 cm.

El patrn de apernado depende del terreno, pero lo ms usuales uno de 1,0 x 1,0 m.

MALLA Y SHOTCRETE

Sistema de fortificacin Perno Malla Shotcrete


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Sistema de fortificacin Perno Malla Shotcrete

FORTIFICACIN CON MADERA


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FORTIFICACIN CON MADERA

La fortificacin con madera fue el mtodo ms usado durante la

minera del siglo pasado. En la actualidad se utiliza en la pequea minera y en la minera

subterrnea del carbn.

En la gran minera tiene un uso restringido a algunos, comocomplemento a otros sistemas de sustentacin o a sectores muy

peligrosos que requieren fortificacin temporal. Por ejemplo, en el mtodo de extraccin por Hundimiento de

Bloques, se utiliza cuando el frente de hundimiento esta en malascondiciones o existe una condicin de peligro localizada. Para ellose instalan Monos de madera de dimensiones acorde al terreno,

con la finalidad de sostener el posible desmoronamiento de lavisera o sostener un planchn cua localizado. Adems, estesistema permite advertir la presin del cerro en el sector (a travsdel dao observado en la madera).

Fortificacin pasiva y temporal con monos en el


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p y p

Hundimiento de una mina de Block Caving

FORTIFICACIN CON MARCOS DE MADERA


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Los marcos de madera estn compuestos por tres piezasfundamentales:

Sombrero o viga, en posicin horizontal, que se apoya en dos postes. Pie derecho o vertical, que son los dos postes que apoyan el sombrero.

Solera que va en el piso de la labor entre los postes.

Para la instalacin de marcos debe considerarse las siguientes reglas: Desquinchar, acuar y limpiar la labor.

Acondicionar la base para apoyar los postes, haciendo un herido de10 centmetros, para afianzarlos al piso.

Ubicar la solera.

Ajustar o ensamblar entre sombrero y poste. El apriete del poste alsombrero o viga debe ser asegurado mediante la aplicacin de untaco en forma de cua u otro medio igualmente eficaz.

FORTIFICACIN CON MARCOS DE MADERA


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