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dimensionamiento y sostenimiento de minas subterráneas de - UdC

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Description

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA MINERA METALURGICA Y GEOGRAFICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA

SOSTENIMIENTO DE ROCAS CON PERNOS DE ANCLAJE

CURSO: MECANICA DE ROCAS Ing

VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc

INTRODUCCION • El sostenimiento activo en excavaciones subterráneas son un conjunto de procedimientos y materiales utilizados para mejorar la estabilidad,

mantener la capacidad resistente a solicitación del macizo rocoso en las cercanías al perímetro de la excavación

• La tendencia actual en el mundo es lograr el autosostenimento de la roca,

procurando conservar la resistencia natural de la misma,

tratando de movilizar los esfuerzos hacia los bordes de la excavación

Generalmente la solución consiste en combinar varios tipos de sostenimiento

SOSTENIMIENTO ACTIVO-CONCEPTOS GENERALES SOSTENIMIENTO: Combinación de elementos estructurales necesarios colocar para asegurar y proteger la estabilidad de las excavaciones,

personas y equipos durante la etapa de construcciòn y tiempo de servicio

PRINCIPIOS A CONSIDERAR: 1

Al realizar una excavación,

el macizo rocoso sufre una deformación y esta deformación debe ser compatible con el tipo y tiempo de servicio que ha de prestar la estructura subterránea a un costo de mantenimiento razonable

El tiempo juega un papel fundamental por que condiciona las características que debe cumplir el sostenimiento: ser permanente o temporal

En general,

al transcurrir el tiempo se genera cierta degradación de las propiedades del suelo o del macizo rocoso,

debido esencialmente a los efectos ambientales

SOSTENIMIENTO

• La calidad del macizo rocoso,

• La geometría de la excavación y • El estado tensional existente en el terreno antes de realizar la excavación Para dimensionar adecuadamente un sistema de refuerzo,

es preciso tener en consideración la interacción roca-sostenimiento

INTERACCION ROCA-SOSTENIMIENTO El diseño de los sistemas de sostenimiento para excavaciones subterráneas,

son realizados especialmente para controlar las deformaciones causadas por los esfuerzos inducidos luego de la excavación

El análisis roca-sostenimiento es un problema originado por una gran variedad de factores que deben tomarse en cuenta para seleccionar un adecuado sistema de sostenimiento

INTERACCION ROCA-SOPORTE CURVA CARACTERISTICA DEL TERRENO

Análisis de diferentes tipos de refuerzo: 1

Sistema muy rígido para el momento de instalación 2

Sistema es adecuado si el desplazamiento en C es aceptable 3

Sistema muy flexible,

un pequeño aumento de carga podría causar inestabilidad 4

Sistema tiene una rigidez adecuada pero es instalado muy tarde para controlar la deformación ya creciente de la roca

CURVA CARACTERISTICA

FACTORES DE DISEÑO QUE DEFINEN LA EFICIENCIA DEL REFUERZO DE ROCA OPERACIÓN: 1

INSTALACION OPORTUNA 2

INSTALACION ADECUADA 3

TECNOLOGIA ADECUADA: 1

MATERIALES 2

INSTALACIÒN CALIDAD: 1

CONTROL DE CALIDAD: 1

MATERIALES 2

INSTALACION ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD

REQUERIMIENTOS PARA UN SISTEMA DE REFUERZO SATISFACTORIO 1

Instalación rápida,

Lograr un contacto íntimo entre la roca y el sistema

El sistema debe ser flexible y capaz de deformarse de modo compatible a los desplazamientos del macizo rocoso

Adaptación rápida a cambios de condiciones y de tamaño de la excavación

Mínima obstrucción del espacio libre de la galería o túnel

ROCA MASIVA O LEVEMENTE FRACTURADA Y FRACTURADA

El sistema de sostenimiento con pernos de roca es controlar la estabilidad de los bloques y cuñas potencialmente inestables

Cuando los bloques o cuñas son aislados,

se puede estabilizarlas con pernos puntuales o aislados,

caso contrario se usa un reticulado sistemático en todo el techo y/o paredes de la excavación

ROCA ESTRATIFICADA SUBHORIZONTAL Y ROCA NO ESTRATIFICADA

Con un sistema dominante de discontinuidades subhorizontales,

los pernos ayudan a controlar el desplazamiento relativo entre los estratos,

aumentando la rigidez de la viga estructural que forman y creando “compactaciòn” entre los bloques tabulares,

para minimizar la deflexión del techo

Esto es lo que se llama también el “efecto viga”

Este concepto puede ser extendido al caso de paredes paralelas a estratos o discontinuidades sub-verticales,

generando el denominado “efecto columna”,

para minimizar el pandeo de los bloques tabulares

TRANSFERENCIA DE CARGA Esta acción de abrazadera es diseñado para prevenir bandeamientos o laminaciones expuestas a fallar,

por lo tanto mantener la capacidad portante del estrato

Tensión en el perno previene el movimiento o deslizamiento

EFECTO VIGA

EFECTO COLUMNA

ROCA FRACTURADA E INTENSAMENTE FRACTURADA

Los pernos confieren nuevas propiedades a la roca que rodea la excavación

Instalados en forma radial,

cada perno crea una resistencia mas adecuada,

que al interactuar con los pernos adyacentes forman un arco portante que trabaja a compresión denominado “efecto arco”,

el mismo que da estabilidad a la excavación

Existen también,

otros principios bajo los cuales funcionan los pernos de roca para tratamientos específicos,

como asegurar o “coser” zonas de falla,

zonas de corte y otras zonas de debilidad,

instalados cruzando estas zonas

EFECTO ARCO GENERADO POR INTERACCION DE ESTRATOS DE ROCA Y RESISTENCIA DE LOS PERNOS

EFECTO ARCO

El refuerzo trabaja como una grampa previniendo la falla del macizo rocoso,

bajo este concepto actúa para: 1

Mantener su capacidad de auto soporte 2

Prevenir la expansión de la roca

EFECTO DE TENSIÒN Y CORTE

SOSTENIMIENTO DE BLOQUES Se basa en que cada perno debe estar anclado,

a lo largo de una longitud suficiente para agotar la carga axial que la barra del perno debe soportar,

y su densidad expresada por el numero de pernos por cada cm2 de superficie de roca a sostener,

debe ser suficiente para equilibrar el peso de la roca que debe ser sostenida

Anclaje de un bloque sin cohesión en los contactos

Anclaje de un bloque con cohesión en los contactos

W cos β

W sen β R = Ca + W cos β tanΦ

Para este caso para anclar el bloque de roca,

el numero de pernos que es necesario colocar estará defino por la siguiente relación matemática:

W  f

A Bcos 

Donde: N = numero de pernos,

colocados con una inclinación  (º)

W = peso del bloque de roca f = Coeficiente de seguridad,

c'= cohesión en la superficie del contacto de inclinación β

B = fuerza vertical que puede soportar un pernos

A = longitud del contacto afectado por el deslizamiento

Sostenimiento de un bloque inestable anclado al techo de roca sólida

Roca sólida Estratos de roca inestable = h

El máximo peso que puede soportar un perno esta dado por la siguiente expresión matemática:

 Donde: F = Coeficiente de seguridad,

Si no hay cohesión entre los contactos,

el numero de pernos que deberá colocarse para sostener un bloque de roca,

estará dado por la siguiente expresión matemática:

Donde: N = numero de pernos

W = peso del bloque de roca F = Coeficiente de seguridad,

La fuerza axial,

que puede soportar la barra del perno se calcula usando la siguiente relación matemática: 2 FA 

FA = Fuerza axial D'= diametro del perno

σA = resistencia especifica del acero

FT  

FT = fuerza de adherencia D'= diametro del perno L'= Longitud anclada del perno  = Adherencia del perno a la roca

La resistencia efectiva del perno estará dada por la menor de las dos fuerzas FA o FT

El perno-roca tiene una conexión c'y un ángulo de rozamiento Φ,

que podra generase admitiendo un comportamiento MohrCoulomb

  c'  tag  

σ = Tensión circunferencial que se genera en la roca durante la excavación,

los pernos se colocaran radialmente

Si la roca plástica esta en condiciones residuales,

lo que significa que ha perdido su cohesión,

la tensión tangencial que podrá soportar un perno será:

COLOCACION DE PERNOS EN MACIZOS ROCOSOS INTENSAMENTE PLASTIFICADOS

Actualmente,

la mejor forma de calcular las cargas a que están sometidos los pernos se realiza mediante un análisis tenso-deformacional con aplicación de elementos finitos

Una de las formas de modelar el comportamiento del perno consiste en utilizar un elemento barra y definir una rigidez axial,

para calcular la fuerza axial que actúa sobre la barra del perno y otra rigidez tangencial,

para calcular la adherencia entre el perno y la roca

Rigidez tangencial y axial de un perno

RIGIDEZ AXIAL (KA) de un perno relaciona la fuerza axial aplicada F en su extremo y el desplazamiento que se produce,

Fuerza longitudinal del perno Kb

Desplazamiento del perno relativo al material del entorno

Rigidez tangencial y axial de un perno

Fluencia Fuerza axial en el elemento

Ruptura

Deformación axial en el elemento

Mediante la siguiente expresión matemática,

se puede calcular la rigidez axial Ka

D Ka  4 L

Donde: Ka = Rigidez axial Eb = modulo de elasticidad de la barra de acero del perno D'= Diametro del perno L'= Longitud del perno

Por otro lado,

la rigidez tangencial Kb puede obtenerse mediante ensayos a tracción in-situ sobre pernos cortos

FT  Kb

Donde: FT = Fuerza de adherencia del perno Ua = Desplazamiento del perno hasta deslizar

L = Longitud del perno

LASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE ANCLAJE

Algunos autores han clasificado los pernos de roca teniendo en cuenta lo siguiente: Los pernos de anclaje tradicionalmente se han clasificado en función del anclaje en el macizo rocoso,

o a lo largo de toda la barra del perno,

Actualmente con el avance de la tecnología se clasifica los pernos de roca según el mecanismo en el que se fundamentan: Adherencia y fricción

MECANISMOS DE ANCLAJE Y TIPOS DE PERNOS DE ROCA

CLASIFICACION DE SISTEMAS DE ANCLAJE

Anclaje por adherencia

Anclaje por fricción

Anclaje a base de resina

Anclaje a base de cemento

Anclaje con elevada presión de contacto Anclaje con baja presión de contacto

PERNOS DE ROCA INTRODUCCIÒN Los sistemas de refuerzo con pernos de roca minimizan las deformaciones inducidas por efecto de la carga litostàtica,

y aquellas inducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a la excavación

El principio fundamental consiste en controlar las deformaciones de la superficie de la excavación,

restringiendo los desplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes

PERNOS DE ROCA

de refuerzo que se colocan dentro de un taladro efectuado en el macizo rocoso y se adhieren a ésta por un procedimiento mecánico o por medio de una sustancia adherente

Por otro lado,

otros investigadores han clasificado a los pernos de roca por: Su forma de actuar,

existen en principio dos tipos de pernos: Los activos y Los pasivos

Pernos de roca activo

El perno de roca activo funciona como un anclaje: está unido a la roca por la punta,

tiene un fuste libre y una cabeza con placa

El perno se tensa a una carga comprendida entre 6 y 15 Tm

y la placa transmite dicha carga al macizo rocoso

PERNOS DE ROCA PASIVO

El Perno de roca pasivo,

se adhiere a la roca a lo largo de toda su longitud,

y actúa de manera similar a las armaduras del concreto

desarrolla su trabajo una vez que el macizo rocoso empieza a deformarse

Teóricamente no es necesario el uso de placa,

aunque se suele usar para sujetar la malla,

PERNOS DE ROCA PASIVO

En la construcción de túneles se usa casi siempre el perno pasivo

Las razones son fundamentalmente dos: Es más rápido y sencillo de colocar,

con lo cual ésta desarrolla su capacidad autoportante (uno de los principios básicos de la construcción moderna de túneles)

Aparte del mecanismo de funcionamiento,

existen varios sistemas de pernos en función de su sistema de colocación y adherencia a la roca

Los más utilizados son los siguientes:

PERNO DE ANCLAJE MECANICO Consiste en una barra de acero con un dispositivo de expansión en el extremo final,

que se abre mediante una rosca,

lo que le permite fijarse a la roca por rozamiento

La barra se tensa mediante una tuerca en el extremo (cabeza)

Es un perno activo,

La fuerza de anclaje es muy sensible al diámetro del taladro y a la calidad de la roca

Con el tiempo tiende a disminuir la fuerza de anclaje por relajación del sistema de expansión

DESCRIPCION DE LOS PERNOS DE ANCLAJE MECANICO

Un perno de anclaje mecánico,

consiste en una varilla de acero usualmente de 16 mm de diámetro,

dotado en su extremo de un anclaje mecánico de expansión que va al fondo del taladro

Su extremo opuesto puede ser de cabeza forjada o con rosca,

en donde va una placa de base que es plana o cóncava y una tuerca,

Su acción de reforzamiento de la roca es inmediata después de su instalación

Mediante rotación,

se aplica un torque de 100 a 250 lb-pie a la cabeza del perno,

el cual acumula tensión en el perno,

creando la interacción en la roca

COMPONENTES DE UN ANCLAJE MECANICO

CONSIDERACIONES PARA SU UTILIZACION: El diámetro del taladro es crítico para el anclaje,

se recomienda diámetros de 35 a 38 mm

Su uso se limita a rocas moderadamente duras a duras,

En rocas muy duras,

fracturadas y débiles no son recomendables,

debido a que el anclaje podría deslizarse bajo la acción de las cargas

En rocas sometidas a altos esfuerzos tampoco es recomendable

CAPACIDAD DE ANCLAJE Pierden su capacidad de anclaje por efecto de vibraciones por voladura detrás de la placa,

debido a altas fuerzas de contacto,

por lo que no se recomienda utilizar en macizos rocosos cercanos a áreas de voladura

Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal

Si son utilizados para reforzamiento permanente,

éstos deben ser protegidos de la corrosión,

si hay presencia de agua y deben ser post-cementados con pasta de cemento entre la varilla y la pared del taladro

Proporcionan una tensión limitada que raramente sobrepasan las 12 Tm

CAPACIDAD DE ANCLAJE

Para este tipo de pernos de roca,

para calcular la capacidad o fuerza de anclaje,

se usa la siguiente expresión matemática: P = Fuerza de anclaje en Kg

 = coeficiente de friccion entre la roca y los dispositivos de expansion q = capacidad de resistencia de la roca del techo,

en Kg/cm2 Ft = área que se expande el dispositivo n = numero de dispositivos de expansión

P  n

MOMENTO TOTAL DE GIRO Como este perno de roca tiene dispositivo de expansión y otros accesorio como es la tuerca donde se ajusta para que se adhiera mas al macizo rocoso

para producir estos momentos de ajustar dicho perno se hace mediante las siguientes expresiones matemáticas:

Rd R d'd M  M1  M 2  tani  1   tan  2 2 3 d'd 3 2 2 2

M = momento total del giro,

Kg/cm M1 = momento primero que se pone el dispositivo en acción,

M2 = momento segundo para ajustar la placa de apoyo,

R = fuerza axial que se aplica al perno,

d2 = distancia del dispositivo de expansión en la roca i = inclinación de la rosca del perno 1 = Angulo de fricción entre la tuerca y el perno 2 = Angulo de fricción entre la tuerca y la placa de apoyo

3 1 2 1

MOMENTO DE GIRO

La otra expresión matemática mas simplificada,

tan   2 Donde: M = momento de torsión,

Kg/cm R = fuerza axial que se aplica al perno,

i = inclinación de la rosca del perno,

5º  = Angulo de fricción entre la tuerca y la placa de apoyo,

PERNO HELICOIDAL INYECTADO CON RESINA O CEMENTO Se trata de una barra de acero corrugado,

fijada a la roca mediante mortero o resina

Puede ser activo o pasivo

La fijación puede ser mediante cartuchos de resina,

cartuchos de mortero de cemento o directamente inyectando cemento en el taladro

Este último sistema es el que ofrece mejores resultados,

pero es más lento y laborioso

Por eso en rocas de buena calidad se emplean generalmente cartuchos que,

ofrecen un comportamiento suficientemente satisfactorio

PERNOS DE ANCLAJE RESINA

Perforar un taladro de 1” a la profundidad deseada

Girar el perno

Insertar los cartuchos de resina,

Empujar el perno a través de los cartuchos

Aplicar presión en la cabeza del perno

Perno instalado

PERNO HELICOIDAL INYECTADO CON RESINA O CEMENTO Si el perno es activo es necesario inyectar sólo el perno de anclaje,

lo que se consigue por medio de un obturador

Si se emplean cartuchos,

solo se requiere la introducción de éstos en el fondo del taladro

La acción de soporte se produce cuando ya ha fraguado la resina o el cemento,

lo que retrasa bastante su colocación

Algunas veces se inyecta también el fuste después de tensar el perno,

con lo que se tiene un comportamiento híbrido activo-pasivo

BARRAS DE ACERO CORRUGADO CON RESINA O CEMENTO

Consiste en una barra de acero,

que es confinado dentro del taladro por medio de cemento (en cartuchos o inyectados),

resina (en cartuchos) o resina y cemento

El anclaje entre la varilla y la roca es proporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo,

por tres mecanismos: adhesión química,

siendo los dos últimos mecanismos los de mayor importancia,

puesto que la eficacia de estos pernos está en función de la adherencia entre el fierro y la roca

En presencia de agua,

particularmente en agua ácida,

el agente cementante será la resina,

en condiciones de ausencia de agua será el cemento

Dentro de este tipo de pernos,

los de mayor utilización en el país son: La varilla de fierro corrugado,

generalmente de 20 mm de diámetro (convencional)

La capacidad portante es 12 Tm

y La barra helicoidal de 22 mm de diámetro,

con longitudes variables (de 5' a 12') (ultima tecnología)

La capacidad portante superan las18 Tm

PERNO DE ACERO CORRUGADO

Instalación de una barra helicoidal

COMPONENTES DE UN PERNO CON RESINA Los componentes principales son los siguientes:

Resina poliéster,

Catalizador

Este perno de roca,

tiene las siguientes propiedades físicas: Resistencia a la compresiòn uniaxial 1,120 Kg/cm2 Resistencia a la tensión 630 Kg/cm2 Resistencia al corte 525 Kg/cm2

TIPOS DE CARTUCHOS DE RESINA

Para calcular la capacidad o resistencia a la carga de un perno con resina,

se hace mediante la siguiente relación matemática: R = capacidad de apoyo del perno,

Rmàx   a

A  

σa = resistencia en el limite elástico (punto de fluencia) del acero del perno,

A = área de perno,

 = adherencia entre la perno,

U = circunferencia del perno,

INSTALACION DE UN PERNO DE ACERO CON INYECCION DE CEMENTO

INSTALACION DE UN PERNO CORRUGADO CON CARTUCHOS DE CEMENTO,

RESINA O AMBOS

PERNOS DYWIDAG

Es una marca comercial de anclajes y pernos,

fabricado con acero de mayor resistencia en lugar de utilizar las barras corrugadas normales

Es más costos y por ende menos usado

CABLES DE ACERO El principio de funcionamiento es similar a los pernos esféricos,

se utiliza cable en lugar de la barra corrugada

No pueden usarse cartuchos,

debiendo ser inyectado necesariamente

Es de utilidad en túneles de gálibo escaso en los que es necesario instalar pernos muy largos,

pueden colocarse sin dificultad,

también en explotaciones mineras en corte y relleno ascendente mecanizado

PERNOS SPLIT SET Split-Set es una marca comercial de INGERSOL RAND

Está constituido por una chapa de forma cilíndrica,

abierto a lo largo de la directriz

Al introducir en un taladro de diámetro inferior ejerce una fuerza radial sobre la roca haciendo que el perno quede fijado por rozamiento

Es de fácil colocación,

pero tiene el inconveniente de ser muy sensible al diámetro del taladro y a la calidad de la roca

En macizos rocoso de mala calidad las paredes del taladro ceden ante la presión que les transmite el Split-Set y se pierde la capacidad de anclaje con el tiempo

SPLIT-SET

Sección inicial del bulón

Extremo abocardado

Tubo ranurado

Placa de reparto

CARACTERISTICAS TECNICAS DEL SPLIT SET

PERNOS SPLIT SET

Los split sets,

conjuntamente con los swellex,

representan el más reciente desarrollo de técnicas de reforzamiento de roca,

ambos trabajan por fricción (resistencia al deslizamiento) a lo largo de toda la longitud del taladro

Aunque los dos trabajan con el mismo principio,

tienen diferentes mecanismos de sostenimiento

La desventaja del Split Set es su capacidad de anclaje que en el mejor de los casos llega las 11 Toneladas para un perno de 6 pies

PERNOS SPLIT SET

El diámetro de los tubos ranurados varía de 35 a 46 mm,

Pueden alcanzar

dependiendo principalmente del diámetro de la perforación efectuada,

la longitud de la zona del anclaje y el tipo de la roca

Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:

MECANISMOS DE ANCLAJE DE SPLIT SET

Los split sets son apropiados para refuerzo temporal,

conformando sistemas combinados de refuerzo en terrenos de calidad regular a mala

En roca intensamente fracturada y débil no es recomendable su uso

Proporciona una acción de refuerzo inmediato después de su instalación

El diámetro del taladro recomendado para los split sets de 39 mm es de 35 a 38 mm,

con diámetros más grandes es deficiente el anclaje y con diámetros más pequeños es muy difícil introducirlos

Son susceptibles a la corrosión en presencia de agua,

En mayores longitudes de split sets,

puede ser dificultosa la correcta instalación

Los split sets son relativamente costosos

MODO DE INSATLACION DEL SPLIT SET

PERNOS SWELLEX Swellex es una marca comercial de ATLAS-COPCO

Es un perno con orificio (hueco),

que se introduce en el taladro y se expande mediante el bombeo de agua a presión en su interior

Al expandirse rellena todo el taladro y presiona contra las paredes de éste,

logrando la fuerza de anclaje por rozamiento

La instalación es rápida y requiere el uso de una bomba de agua capaz de suministrar la presión necesaria para producir su expansión

Existen en el mercado varios tipos de pernos Swellex: el Swellex normal,

el SuperSwellex (que tiene más sección de acero),

el Coated Swellex con protección anticorrosión y el Yielding Swellex hecho de un acero más deformable para macizos rocoso expansivos o fluyentes

PERNOS SWELLEX: INSTALACIÓN

PERNOS SWELLEX

También es un perno de anclaje por fricción,

pero en este caso la resistencia friccional al deslizamiento se combina con el ajuste,

el mecanismo de anclaje es por fricción y por ajuste mecánico,

el cual funciona como un anclaje repartido

Los pernos swellex existen dos tipos: Estándar swellex y Súper swellex

ESTÁNDAR SWELLEX Estos pernos con chapa de 2mm de espesor y diametro de 25

deben colocarse en taladros cuyo diametro este comprendido entre 32 y 43 mm

Los Yielding Standard swellex resisten una fuerza axial aproximada de 8 Tm

SUPER SWELLEX Tiene un grosor de chapa de 3mm y un diametro de 36mm

Están preparados para ser colocados en taladros cuyo diametro esta comprendido entre 39 y 52 mm

Los Yielding Súper Swellex resisten una fuerza axial aproximada de 19 Tm

Mecanismo de anclaje del SWELLEX

DETERMINACION DE LONGITUD DE PERNOS Según los investigadores,

la longitud () de los pernos debera tenerse en cuenta el macizo rocoso,

por ejemplo: Para techo de macizos rocosos competentes

1 l L'3

Para techo de macizos rocosos débiles

1 l L'2

Para techo de macizos rocosos muy competentes Para  = 1m como minimo

ESPACIAMIENTO ENTRE LOS PERNOS El espaciamiento de los pernos de roca esta relacionado con la longitud de los mismos

Algunos investigadores como Coates y Cochrane,

el espaciamiento deberá ser calculado mediante la siguiente expresión matemática:

2 2 b 

Rmàx  2 b 

Donde: b = espaciamiento de los pernos,

L'= anchura de la excavación,

m Rmax = capacidad máxima de soporte de carga del perno,

fuerza resultante en el limite elástico,

DIAMETRO DE LOS PERNOS

Cuando se selecciona un tipo de perno de roca,

para una determinada labor subterránea,

se debe tener en cuenta el diametro en función a la resistencia del acero

para lo cual se calcula mediante la siguiente expresión matemática:

Rmàx   a

Rmàx 0

R = fuerza axial del perno,

Rmax = capacidad portante máxima del perno (en tensión),

σa = esfuerzo en el limite elástico (punto cedente) del acero,

F = área del perno,

Los pernos deberán soportar la carga del techo,

el numero de pernos se obtiene mediante la siguiente relación matemática:

R  L

785 a

Techo principal

Techo inmediato (próximo)

L = 3m Sección

Diseño de los pernos de anclaje

Planta h

DETERMINACION DE LA ADHERENCIA DEL ANCLAJE

La tensión de la adherencia que puede alcanzar el perno en el macizo rocoso resulta imprescindible

es por ello que es importante realizar ensayos in-situ antes de elegir un sistema de sostenimiento con pernos de roca

Mediante la siguiente expresión matemática,

se puede calcular la longitud de los pernos a usarse

Donde: L'= Longitud anclada del perno σA = Resistencia especifica del acero D'= Diametro del pernos  = Adherencia del perno al macizo rocoso

D L 4

CAPACIDAD DE REFUERZO DE UN PERNO CEMENTADO P = Rc x A =  x U x L'A = 

Donde: P = Capacidad de apoyo del perno ( Kg)

Rc = Resistencia a la tracción mínima del perno = 6330 Kg/cm2 A

= Adherencia entre el perno y el cemento (Kg/cm2)

U = Circunferencia del perno (cm) L'= Longitud del perno (cm)

CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN PERNO CEMENTADO Datos:

Perno helicoidal de 7/8” x 1

80m ( d'=2

L = 180 cm)

A =  x r2 = 3

1415 ( 1

U =  x d'= 3

1415 ( 2

2 cm ) =

P =  x U x L'= (19

ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS L/E = 1

5 – 2

E = espaciamiento de los pernos Ejemplo: Perno de 2

CAPACIDAD DE SOPORTE DE UN PERNO CEMENTADO

TIPO DE PERNO

RESISTENCIA

Barra De Construcción 3/4” = 18 ton (176 KN) Barra Helicoidal 7/8”

Barra De Construcción 1”

FACTOR DE SEGURIDAD FS = P/T

= Capacidad de apoyo del perno (ton)

= Peso del bloque muerto (ton)

FS = Factor de Seguridad FS < 1 desfavorable FS > 1 estabilidad

FACTOR DE SEGURIDAD Perno de L'= 1

 = 3/4” capacidad con apoyo de 18 ton

FS = 17

9 ton /5

83 ton = 3

Perno de L'= 1

 = 7/8” capacidad de apoyo de 24 ton

FS = 24 ton /5

Perno de L'= 2

 = 1” capacidad de apoyo de 32 ton

FS = 32 ton /5

ASTM A615-89 FLUENCIA Kg / mm²

GRADO 60

400 MPa

RUPTURA Kg / mm²

MODULO DE YOUNG N / mm2

Diámetro nominal mm (“) 19

4 (1”)

Sección

Fluencia

Ruptura

LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTO RESPECTO AL ANCHO DE LA ABERTURA L'= 1,4 + 0

L = longitud del perno (m) W= ancho de la abertura (m)

Ejemplo: Galería de 3

03m (L)

Excavaciones subterráneas en roca fracturada

SOSTENIMIENTO MECANIZADO EN LABORES DE DESARROLLO DE LOS METODOS MASIVOS DE MINADO COLOCACION DE PERNO Y MALLA ELECTROSOLDADA

SOSTENIMIENTO CON PERNOS DE ANCLAJE

CONTROL DE CALIDAD DE INSTALACIÓN DE SOSTENIMIENTO •

CONTROL DE CALIDAD PARA SPLIT SET: Esta prueba se llama “Prueba de Arranque” y se realiza con un equipo denominado “Pull Tets”

El split set debe de soportar como mínimo 0

Esta prueba consiste en tratar de arrancar el perno con el pull test,

ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD