Nuevas Técnicas de Sostenimiento en Interior de Mina Alejandro Lambas Gerente Técnico
JENNMAR España
1.- INTRODUCCION 1. Introducci贸n 2. Antecedentes Anclajes Expansivos 3. An谩lisis comparativo entre anclajes expansivos 4. Ventajas y Desventajas
1.- INTRODUCCION Actualmente, existe una diversidad de elementos de sostenimiento de rocas en el mercado, todos ellos orientados en garantizar la seguridad, econom铆a y/o operatividad de una excavaci贸n.
1.- INTRODUCCION • • • • • • • •
Pernos de acero corrugado o barra helicoidal con resina o lechada de cemento. Pernos mecánicos. Pernos de fricción tipo Split set o Swellex. Pernos autoperforantes. Pernos dinámicos. Cable con resina o lechada de cemento. Cables Cerchas Metálicas
2.- Antecedentes anclajes expansivos
PERNOS EXPANSIVOS O FRICCIÓN (TIPO SWELLEX)
2.- Antecedentes anclajes expansivos Este tipo de perno trabaja por fricci贸n, consiste en un tubo de acero que se pliega o deforma hacia su interior en toda su extensi贸n, reduciendo su di谩metro original.
2.- Antecedentes anclajes expansivos El acero que lo constituye posee propiedades mecรกnicas tal que permiten este proceso sin perder propiedades y ademรกs tiene la suficiente elasticidad para volver a su forma original
2.- Antecedentes anclajes expansivos En sus extremos van soldados casquillos que generan el sello en un lado y en el otro permiten realizar la inyecci贸n a la vez de sujetar la placa que interact煤a con la cara expuesta del macizo en la excavaci贸n
2.- Antecedentes anclajes expansivos
VIDEO
2.- Antecedentes anclajes expansivos La instalación se hace en una perforación mayor que el diámetro del perno y se infla con una bomba eléctrica o neumática de agua a presión.
Mediante una lanza y una boquilla especialmente diseñada se inyecta el agua a presión que nos da la bomba.
2.- Antecedentes anclajes expansivos
2.- Antecedentes anclajes expansivos Una vez el perno esta expandido , se produce una tensión de contacto entre el perno y las paredes de la perforación, generándose dos tipos principales de fuerza, una radial perpendicular a su eje en toda su extensión y una fuerza de roce o fricción estática también a lo largo del elemento, esta ultima fuerza se relaciona directamente con la estructura de la roca y la dimensión de la perforación
2.- Antecedentes anclajes expansivos Una vez alcanzada la presión entre 240 y 300 bar(dependiendo del tipo de modelo), la bomba corta la presión y el perno esta totalmente instalado y trabajando Esta presión permite deformar y adaptar la forma del perno a las irregularidades del terreno que lo contiene. La resistencia a la tracción de los pernos Python oscila entre 10 y 24 toneladas, dependerá directamente del tipo de roca, de la perforación realizada y del tipo de Python seleccionada.
2.- Antecedentes anclajes expansivos Aplicaciones
Los pernos de fricci贸n tiene un amplio rango de aplicaci贸n en los diferentes tipo de roca Pueden utilizarse tanto en roca dura como en roca blanda o fisurada. Cuando los pernos se instalan en roca muy fisurada las tensiones radiales incrementan las fuerzas de contacto entre los bloques de roca que rodean al perno, provocando un incremento en la resistencia del macizo rocoso
2.- Antecedentes anclajes expansivos Aplicaciones
Los bulones proporcionan una consolidaci贸n inmediata alrededor del mismo, produciendo un aumento en la resistencia del material, y una mejor capacidad de sostenimiento del terreno. Al producirse la compactaci贸n del terreno, los pernos conforman un arco portante y en conjunto constituyen una b贸veda de sostenimiento.
2.- Antecedentes anclajes expansivos TIPO
STANDARD
MIDI
SUPER
Longitud variable hasta
8000 mm
8000 mm
8000 mm
Carga de rotura
120 KN
160 KN
240 KN
Espesor del Tubo
2mm
3mm
3mm
Di谩metro del Perno
26mm
36mm
36mm
Perforaci贸n Optima
35-38mm
45-51mm
45-51mm
Peso
2 kgs/m
2,8 kgs/m
3,8 kgs/m
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos Con el propósito de entregar un análisis sobre los anclajes denominados Python o Swellex frente Hydrabolt, se entregará los puntos de mayor relevancia para ilustrar las ventajas y desventajas que ofrece cada uno de este tipo de pernos. Ambos anclajes están constituidos por un tubo previamente comprimido, al cual se le ha reducido su diámetro original, para luego expandirlo mediante presiones aplicadas al inyectarle agua.
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos El principio de actuación de ambos elementos es, en términos generales, una acción de tensiones de dirección radial, la cual se traduce en un aumento de la fuerza de fricción ejercida desde el elemento de acero sobre las paredes de la perforación donde se instala. De esta forma se genera una transferencia de carga desde el perno hacia la roca, aumentando la resistencia del entorno del macizo rocoso donde está actuando.
3.- Anรกlisis Comparativo entre Anclajes Expansivos Se ilustra ambos elementos: Python
Hydrabolt
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos 2.1
ENSAYOS
Se gestionó diversos ensayos de laboratorio de materiales, encargados a la Pontificia Universidad Católica del Perú (registro: MAT-AGO-0797-1/2012, según norma de ensayo ASTM A370-11), de los cuales se resume lo siguiente:
2.1.1 ENSAYO DE TRACCIÓN PARAMETRO CARGA MAX. (kN) ESFUERZO MAX. (MPa) ESFUERZO FLUENCIA (MPa) ALARGAMIENTO (%)
PYTHON 16.5 583 567 10.4
HYDRABOLT 11.8 458 439 16.0
COMENTARIO PYTHON MAYOR UN 28.5% PYTHON MAYOR UN 21.4% PYTHON MAYOR UN 22.6% PYTHON MENOR UN 35.0%
HYDRABOLT 264
COMENTARIO PYTHON MAYOR UN 21.7%
2.1.2 ENSAYO DE CORTE O CIZALLE PARAMETRO RESISTENCIA AL CORTE (MPa)
PYTHON 337
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos 2.1.3 ENSAYO DE COMPRESIÓN PARAMETRO CABEZA CARGA MAX. (kN) CABEZA FLUENCIA (kN) CENTRO CARGA MAX. (kN) CENTRO FLUENCIA (kN) COLA CARGA MAX. (kN) COLA FLUENCIA (kN)
PYTHON 82.48 45.60 84.41 48.01 73.63 46.16
HYDRABOLT 52.36 35.41 48.94 30.95 50.34 29.16
COMENTARIO PYTHON MAYOR UN 36.5% PYTHON MAYOR UN 22.4% PYTHON MAYOR UN 42.0% PYTHON MAYOR UN 35.5% PYTHON MAYOR UN 31.6% PYTHON MAYOR UN 36.8%
Nota: De los tres cuadros se puede concluir que el Perno Python presenta rendimientos superiores al Hydrabolt, tanto en respuesta ante cargas de tracción, compresivas y de cizalle. Es importante destacar que para los ensayos de tracción y compresión se evaluó las tres zonas (cabeza, cuerpo y cola) de ambos elementos, ante el cual el Python muestra una amplia diferencia a favor en términos de resistencia sobre el Hydrabolt.
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos 2.2 PRUEBAS EN TERRENO Las pruebas de terreno tienen como finalidad comprobar los desempeños declarados de manera teórica, ratificando los ensayos de laboratorio, así como observar los detalles operativos que deben ser considerandos para obtener un rendimiento aceptable del anclaje. En una misma unidad minera se instalaron pernos Python e Hydrabolt, los cuales fueron testeados según norma ASTM-D4435, Pull Test aplicando cargas cíclicas y con control de desplazamiento.
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos 2.2 PRUEBAS EN TERRENO
El promedio obtenido para el perno Python superó las 14 Ton de resistencia a la tracción, sin alcanzar rotura del elemento. El 100% de los pernos Hydrabolt alcanzó la rotura en su boquilla con un promedio de 9,54 Ton de resistencia a la tracción. Los tiempos de inflado fueron en promedio; Python = 32.5 segundos, Hydrabolt = 33 segundos, a los 6 bares de presión promedio.
3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos 3.1 El desempeño declarado en especificaciones técnicas y ensayos de laboratorio independiente (Pontificia Universidad Católica de Perú) del perno Python, superan las 14 ton de resistencia a la tracción, sin registrar rotura del elemento. 3.2 El rendimiento registrado en terreno al perno Hydrabolt arrojó una resistencia a la tracción que promedio las 9.5 Ton, con rotura del casquillo. 3.3 Los tiempos de instalación de ambos elementos es similar y cercano a los 33 segundos de inflado. 3.4 Una ventaja del Hydrabolt es que permite identificar la presión de inflado. 3.5 Los resultados obtenidos en Laboratorio en términos de resistencias, principalmente a la cabeza o zona expuesta de ambos tipos de anclaje una vez instalados evidencia lo siguiente: Python: Carga Máxima (Fu) = 82.48 kN, Carga Fluencia (Fy) = 45.6 kN Hydrabolt: Carga Máxima (Fy) = 52.36 kN, Carga Fluencia (Fy) = 35.41 kN
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3.- Análisis Comparativo entre Anclajes Expansivos Lo anterior permite concluir que la mayor resistencia del Python (36.5%) como la relación Fu/Fy o ductilidad de ambos elementos (Python = 1.81 ; Hydrabolt 1.47) otorgan un dato relevante en el desempeño in-situ, ya que es un punto crítico cuando dicha zona es sometida a los habituales golpes de equipos y principalmente cuando se expone a los efectos de la tronaduras cercana. 3.6 De acuerdo a lo observado en terreno un gran porcentaje de los pernos Hydrabolt instalados en los hastiales de las labores presentan daño, derivando en el vaciado del agua contenida. Esto pone de manifiesto el punto antes detallado. 3.7 Para consideraciones de mediano y largo plazo se menciona la componente calidad del agua empleada en la mina, la cual según su pH puede afectar de manera importante el desempeño de un perno que actúa con este elemento como agente compresivo, como es el Hydrabolt.
Diapositiva 25 U1
Usuario, 24/03/2015
4.- Ventajas y Desventajas