7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 1/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
0
INGENIERIA DE ROCAS II
INESTABILIDAD DE TUNELES CONTROLADA
ESTRUCTURALMENTE
PROFESOR: Ing. Franklin toroverdo montoya
CICLO: v
INTEGRANTES:
CASTILLO MORENO, KEYLOR
HUARIPATA SANGAY, ROBERT
POMAPA VASQUEZ, LUIS
TERAN CHILON, FERNANDO
CAJAMARCA MAYO DEL 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 2/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
1
Contenido
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 3
2. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 4
OBJETIVOS PRINCIPALES ............................................................................................................. 4
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................. 4
3. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................................ 5
IDENTIFICACIÓN DE CUÑAS POTENCIALES ................................................................................. 5
CUÑA DECLINANTE ................................................................................................................. 5
Caída de cuñas sin deslizamiento desde el techo ............................................................. 5
Caída de cuñas por deslizamiento del techo ..................................................................... 6
CUÑA CORREDIZA ....................................................................................................................... 7
4. SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO PARA CONTROLAR EL FALLAMIENTO DE LAS CUÑAS ............ 11
PERNOS DE ROCA ...................................................................................................................... 11
Generalidades ...................................................................................................................... 11
Tipos de pernos ................................................................................................................... 13
Pernos de anclaje mecánico ................................................................................................. 13
Pernos de varilla cementados o con resina .......................................................................... 16
Split sets .................................................................................................................................. 20
Swellex ..................................................................................................................................... 22
5.CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE) .......................................................................................... 24
Generalidades .......................................................................................................................... 24
Materiales componentes del shotcrete y sus proporciones en la mezcla ................................... 25
Principios de acción del shotcrete en el sostenimiento de excavaciones rocosas .................. 27
Aplicación del shotcrete ........................................................................................................ 27
Consideraciones varias ............................................................................................................... 32
Rebote ...................................................................................................................................... 32
Espesor de la aplicación .......................................................................................................... 32
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 3/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
2
Curado ...................................................................................................................................... 32
6. CONSIDERACIONES DE LA SECUENCIA DE LAS EXCAVACIONES: .............................................. 33
PRINCIPIOS DEL DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO: ....................................................................... 35METODOS PARA EL DISEÑO DE SOSTENIMIETO : ..................................................................... 35
LA APLICACIÓN DE LA TEORÍA DE PROBABILIDAD: ................................................................... 36
7.CONCLUSIONES.......................................................................................................................... 46
8.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................................................. 46
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 4/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
3
INTRODUCCIÓN
En los túneles excavados en macizos rocosos fracturados a relativamente poca profundidad, el
más común de tipos de fracaso son aquellos que involucran cuñas cayendo desde el techo o
deslizamiento fuera de las paredes laterales de las aberturas. Estas cuñas se forman por la
intersección de las características estructurales, tales como planos de estratificación y las
articulaciones, que separan la masa de roca en trozos discretos pero entrelazados. Cuando una
cara libre es creada por la excavación de la abertura, se elimina la restricción de la roca
circundante. Una o más de estas cuñas puede caer o deslizarse desde la superficie si los planos
de delimitación son puentes continuos o de roca a lo largo de las discontinuidades se rompen.
A menos que se tomen medidas para apoyar estas cuñas sueltas, la estabilidad de la
parte posterior y las paredes de la abertura puede deteriorarse rápidamente. Cada cuña,
que se deja caer o deslizarse, provocará una reducción en la moderación y el
enclavamiento de la masa de roca y esto, a su vez, permitirá a otras cuñas caigan. Este
proceso continuará hasta que el fracaso arco natural en la masa rocosa previene la
desintegración o hasta que la abertura está llena de material caído.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 5/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
4
OBJETIVOS
OBJETIVOS PRINCIPALES
El principal objetivo del presente trabajo son:
Analizar e identificar cuñas potencialmente inestables en túneles. Determinar y definir los sistemas de sostenimiento para controlar el
fallamiento de las cuñas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar el sostenimiento con pernos de roca para sostener las cuñas.
Investigar el Shocrete para controlar el fallamiento de cuñas.
Investigar sobre la aplicación de la teoría de probabilidades.
Análisis de fallas en cuña usando el software unwedge.
Ver algunos problemas de aplicación.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 6/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
5
MARCO TEÓRICO
IDENTIFICACIÓN DE CUÑAS POTENCIALESPara que se forme una cuña potencial inestable que pueda caer al interior de la
excavación, debe haber como mínimo tres planos de discontinuidad. A continuación,
utilizando la proyección estereográfica, se estudiará la estabilidad de una cuña situada
en el techo y en la pared de una la excavación. Las cuñas potenciales tienen dos modos
básicos de colapso: Declinantes o corredizas.
CUÑA DECLINANTELas cuñas declinantes se forman en el techo de la labor
Existen dos casos posibles de inestabilidad cuando se estudia el comportamiento
de las cuñas presentes en el techo de una excavación, que son desprendimiento
con y sin deslizamiento.
i. Caída de cuñas sin deslizamiento desde el techo
Para identificar una cuña que cae sin deslizamiento desde el techo, el
área comprendida entre los tres grandes círculos que representan los
planos de la cuña en la proyección estereográfica, deben comprender
el centro de la red (Figura 1b). De igual manera, si se traza una vertical
desde el vértice de la cuña, ésta cortará el techo en un punto que cae
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 7/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
6
dentro de la base de la cuña, como se indica la Figura 1a.
Figura 1 Condiciones necesarias para que se pueda producir la caída
sin deslizamiento de una cuña desde el techo (Hoek y Brown, 1982) a)
Cuña fondada en el techo de una excavación b) Proyección
estereográfica de los planos de diaclasas que forman la cuña inestable
de roca.
ii. Caída de cuñas por deslizamiento del techo
Este modo de rotura se identifica de modo similar al revisado en el apartado
anterior, esto es: si se traza una línea vertical desde el vértice, esta se situará
fuera de la base de la cuña, como se muestra en la figura 2a. De esto, se
establece que la cuña caerá por gravedad y deslizándose sobre uno de sus
planos, o a lo largo de la línea de intersección de dos planos.
La probabilidad de que la cuña caiga o no, depende de la inclinación del
plano o línea de intersección; para que se produzca el deslizamiento de la
cuña, esta inclinación debe ser mayor al ángulo de fricción de la roca (∅).Esta
condición de inestabilidad se representa en la Figura 2b, donde una parte de
la cuña debe caer dentro del círculo de fricción. La condición de estabilidad,
queda satisfecha cuando la cuña en proyección estereográfica queda fuera del
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 8/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
7
círculo de fricción (Figura 3c), esto implica que la cuña carece de peso para
vencer la resistencia friccional.
Figura 2. Condiciones necesarias para que se pueda producir la caída
sin deslizamiento de una cuña desde el techo (Hoek y Brown, 1982) a)
Cuña fondada en el techo de una excavación b) Proyección
estereográfica de los planos de diaclasas que forman la cuña inestable
de roca
CUÑA CORREDIZALas cuñas corredizas se formarán en las paredes de la labor. A diferencia dela caída de cuñas desde el techo de una excavación, los mecanismosde rotura en las paredes implican el deslizamiento de la cuña sobre un planoo sobre la intersección de dos planos.
El tamaño y la forma de cuñas potenciales en el macizo rocoso que rodea una abertura
dependen sobre el tamaño, forma y orientación de la abertura y también de la
orientación de la discontinuidad significativa fija. La geometría tridimensional del
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 9/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
8
problema hace necesario un conjunto de cálculos relativamente tediosos. Si bien estos
pueden ser realizados por lado, es mucho más eficiente de utilizar uno de los programas
de ordenador que están disponibles. Uno de estos programas, llamado UNWEDGE, Fue
desarrollado específicamente para su uso en minería subterránea de roca dura y se
utiliza en la siguiente discusión.
Considere la posibilidad de una masa de roca en la que se producen tres series conjuntas
fuertemente desarrollados. La media del dip y dip direcions de estos conjuntos, que se
muestran como círculos en la Figura 3, son los siguientes:
Figura 3: Un
área igual hemisferio menor parcela de grandes círculos que representan la media dip y
dip directions de tres conjuntos de discontinuidad en un macizo rocoso. También semuestra, como una cadena línea de puntos, es la tendencia de los ejes de un túnel
excavado en este macizo rocoso. La caída del túnel está marcada con una cruz roja.
Se supone que todas estas discontinuidades son planar y continua y que el cizallamiento
la fuerza de las superficies puede ser representado por un ángulo de f ricción φ = 30 ° y
una cohesiva fuerza de cero. Estas propiedades de resistencia al corte son estimaciones
muy conservadoras, pero proporcionar un punto de partida razonable para la mayoría
de los análisis de este tipo.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 10/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
9
Un túnel se excavó en este macizo rocoso y la sección
transversal de la rampa se da en el boceto. El eje del
túnel está inclinado a 15 ° respecto a la horizontal o,
para usar el terminología asociada con el análisis de la
geología estructural, la eje del túnel sumerge a los 15 °.
En la porción del túnel bajo consideración en este
ejemplo, el eje corre hacia el norte y el sur o la
tendencia del eje es de 180 °.
El eje del túnel se muestra como una cadena línea de
puntos en el stereonet en la Figura 3. Se muestra la
tendencia del eje como 0 °, medido en sentido horario
desde el norte. El paso del eje es 15 ° y esto se muestracomo una cruz en la línea de la cadena de puntos
representando el eje. El ángulo se mide hacia el
interior desde el perímetro de la stereonet desde este
perímetro representa un plano de referencia
horizontal.
Los tres conjuntos de discontinuidad estructural, representados por los círculos grandes
representan gráficamente en la figura 3, se introducen en el UNWEDGE programa, junto
con la sección transversal del túnel y el paso y tendencia del eje del túnel. El programadetermina entonces la ubicación y dimensiones de las cuñas más grandes que se pueden
formar en el techo, el suelo y paredes laterales de la excavación, como se muestra en la
Figura 4.
El número máximo de cuñas tetraédricas simples que puede estar formado por tres
discontinuidades en el macizo rocoso que rodea a un túnel circular es 6. En el caso de un
cuadrado o túnel rectangular este número se reduce a 4. Para el túnel bajo consideración
en este ejemplo, se forman cuatro cuñas
Tenga en cuenta que estas cuñas son las cuñas más grandes que se pueden formar paralas condiciones geométricas dadas.
El cálculo utilizado para determinar estas cuñas asume que las discontinuidades son
omnipresentes, en otras palabras, que pueden ocurrir en cualquier parte del macizo
rocoso. Las articulaciones, los planos de estratificación y otras características
estructurales incluidas en el análisis son también asumidos para ser plana y continúa.
Estas condiciones hacen que el análisis siempre encontrará las mayores cuñas posibles
que pueden formar. Este resultado generalmente puede considerarse conservadora, ya
que el tamaño de las cuñas, formado en las masas de roca reales, será limitado por la
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 11/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
10
persistencia y la separación de las características estructurales. El programa UNWEDGE
permite cuñas para escalar a tamaños más realistas si se considera que las cuñas máximo
es poco probable que formar.Los detalles de las cuatro cuñas ilustradas en la Figura 4 se
dan en la siguiente tabla:
cuña Peso -toneladas
modo de fallo Factor deSeguridad
cuña techo 44.2 Falls 0
Cuña lateralderecha
5.2 Diapositivassobre J1 / J2
0.36
Cuña lateralizquierdo
3.6 Diapositivassobre J3
0.40
cuña de suelo 182 Estable ∞
Figura 4: Cuñas formadas en el techo, el suelo y las paredes laterales de una rampa
excavado en una masa de roca articulado, en la medida del dip y dip direction de tres
características estructurales dominantes se definen por los grandes círculos representan
en la Figura 3.
La cuña techo caerá como resultado de la carga de la gravedad y, debido a su forma, no
hay restricción de los tres discontinuidades delimitadores. Esto significa que el factor deseguridad de la cuña, una vez que se libera por la excavación de la abertura de rampa, es
cero. En algunos casos, se desliza sobre un plano o a lo largo de la línea de intersección
de dos planos puede ocurrir en una cuña techo y esto resultará en un valor finito para el
factor de seguridad. Las dos cuñas de paredes laterales son imágenes 'primo' de unos a
otros, ya que son aproximadamente la misma forma pero dispuesta de manera diferente
en el espacio. Los factores de seguridad son diferentes, ya que, como se muestra en la
tabla, se produce deslizamiento en superficies diferentes en los dos casos.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 12/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
11
5.3 SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO PARA CONTROLAR ELFALLAMIENTO DE LAS CUÑAS
PERNOS DE ROCA
Pernos
Excavación Pernos
El efecto cuña.
Generalidades
Los sistemas de reforzamiento con pernos de roca minimizan las deformacionesinducidas por el peso muerto de la roca aflojada, así como también aquellasinducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a laexcavación. En general, el principio de su funcionamiento es estabilizar los bloquesrocosos y/o las deformaciones de la superficie de la excavación, restringiendo losdesplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes.
En roca masiva o levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal delos pernos de roca es el control de la estabilidad de los bloques y cuñas rocosaspotencialmente inestables. Ésto es lo que se llama también el“efecto cuña”.
Cuando los bloques o cuñas son aislados solo amerita estabilizarlas con pernosaislados, a esto es lo que se denomina también, sostenimiento aislado oesporádico, de lo contrario lo usual será el sostenimiento sistemático en todo eltecho y/o paredes de la excavación, según sea requerido.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 13/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
12
Pernos
Excavación
El efecto viga. Mineral CAJA TECHO
Pernos
Excavación
CAJA PISO
Relleno
efecto columna.
En roca fracturada e intensamente fracturada y/o débil, los pernos confierennuevas propiedades a la roca que rodea la excavación. Instalados en forma radial,cada perno crea un bulbo de resistencia, el cual al interactuar con los bulbos de lospernos adyacentes forman un arco rocoso portante que trabaja a compresióndenominado“efecto arco”, el mismo que da estabilidad a la excavación.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 14/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
13
Pernos Zona aflojada
Zona de rocareforzada o zona de
compresión
Excavación
El efecto arco generado por la interacción de los bulbos de resistencia de los pernos.
Hay otros principios bajo los cuales funcionan los pernos de roca para tratamientosespecíficos, como coser zonas de falla, zonas de corte y otras zonas de debilidad,instalados cruzando estas zonas.
Tipos de pernos
Actualmente hay disponibles diferentes tipos de pernos de roca. Varios tipos depernos muestran solo diferencias menores en su diseño y son básicamentevariedades de un mismo concepto. Según las técnicas de anclaje que se utilizan,podemos agruparlos de la siguiente manera: pernos anclados mecánicamente,pernos de varillas cementados o con resina y pernos anclados por fricción. Aquípresentamos los pernos representativos de cada grupo, que son los más utilizadosen la industria minera. Para el caso de los pernos cementados o con resinaconsideramos a las varillas de fierro corrugadas y las barras helicoidales, para el casode los pernos anclados por fricción consideramos a los split sets y los swellex.
Pernos de anclaje mecánico
Descripción
Un perno de anclaje mecánico, consiste en una varilla de acero usualmente de 16mm de diámetro, dotado en su extremo de un anclaje mecánico de expansión que vaal 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, para presionarla roca. Siempre y cuando la varilla no tenga cabeza forjada, se pueden usar varios
tipos de placas de acuerdo a las necesidades de instalación requeridas.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 15/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
14
Este tipo de pernos es relativamente barato. Su acción de reforzamiento de la rocaes inmediata después de su instalación. Mediante rotación, se aplica un torque de135 a 340 MN (100 a 250 lb/pie) a la cabeza del perno, el cual acumula tensión en el
perno, creando la interacción en la roca.
Placa Taladro
Mecanismodeexpansión
Varilla
Rosca Tuerca PERNO CON TUERCA
Cabeza forjada PERNO DE CABEZA FORJADA
CONCHAS DEEXPANSIÓN
Perno de anclaje mecánico mostrando todos sus componentes.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 16/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
15
Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:
Su uso es limitado a rocas moderadamente duras a duras, masivas, con
bloques o estratificada, sin presencia de agua. En rocas muy duras,fracturadas y débiles no son recomendables, debido a que el anclaje podríadeslizarse bajo la acción de las cargas. En rocas sometidas a altos esfuerzostampoco es recomendable.
El diámetro del taladro es crítico para el anclaje, recomendándose undiámetro de 35 a 38 mm para los pernos comúnmente utilizados.
Pierden su capacidad de anclaje como resultado de las vibraciones de lavoladura o el astillamiento de la roca detrás de la placa, debido a altas fuerzas
de contacto, por lo que no es recomendable utilizarlos en terrenos cercanosa áreas de voladura.
Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal. Si son utilizados parareforzamiento permanente, éstos deben ser protegidos de la corrosión sihay presencia de agua y deben ser post-cementados con pasta de cementoentre la varilla y la pared del taladro.
Proporcionan una tensión limitada que raramente sobrepasan las 12 TM.
Procedimientos de instalación
Primero el equipo técnico de apoyo de mina debe determinar el patrón adecuado delos pernos, a continuación se perforan los taladros, se colocan las varillas en lostaladros, se fijan los anclajes y luego las placas de base son ajustadasmecánicamente.
La resistencia de los pernos, su longitud, la colocación de los anclajes, así comotambién el contacto de la placa base con la superficie rocosa, son todos críticospara crear la interación de la roca.
El tensionamiento de los pernos de anclaje mecánico es un aspecto importante,para ello se puede usar una llave de impacto o una perforadora. A medida que gira latuerca, se fija el anclaje y la tuerca comienza a empujar al perno contra lasuperficie de la roca. Como la tuerca empuja sobre la placa, ésta a su vez presionacontra la roca, tensionando la varilla. El perno instalado va a retener esta tensión,haciendo que la placa del perno presione activamente contra las piezas de roca enla superficie de la excavación; las piezas de roca en la superficie interactúan conotras piezas creando zonas de interacción. Es esta interacción la que hace que laspiezas de roca actúen como piezas o bloques más grandes de roca, dando lugar a lacreación de una masa rocosa estable, la misma que interactúa alrededor de la
excavación. Si la varilla perdiera tensión, los pernos de anclaje se volveríanineficaces. En áreas donde hay oportunidad que caigan piezas pequeñas de roca, elenmallado debe ser considerado como un elemento adicional.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 17/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
16
Pernos de varilla cementados o con resina
Descripción
Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo biselado, 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, fricción y fijación, 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 proporcionada por el
cementante, que a su vez cumple una función de protección contra la corrosión,
aumentando la vida útil del perno. De acuerdo a esta función, en presencia de
agua, particularmente en agua ácida, el agente cementante recomendado será laresina, 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 y la barra helicoidal de 22 mm
de diámetro, con longitudes variables (de 5' a 12'). La primera es ya un tipo de perno
convencional en nuestro medio, la segunda es de reciente introducción en la
industria minera. La barra helicoidal, tiene la forma de una rosca continua a lo largo
de toda su longitud, esta característica le da múltiples ventajas comparada a la
anterior. Entre otros, su mayor diámetro le confiere mayor resistencia y su roscaconstante permite el reajuste de la placa contra la pared rocosa. La capacidad de
anclaje de las varillas de fierro corrugado es del orden de 12 TM, mientras que
de las barras helicoidales superan las 18 TM.
Taladro
Extremobiselado
Placa
Varilla defierrocorrugado
Cementoinyectado
Rosca Tuerca
Perno de varilla corrugada.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 18/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
17
Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:
Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usados
como refuerzo permanente, pero también pueden ser utilizados comorefuerzo temporal en varias condiciones de roca, desde rocas de buena amala calidad, constituye el mejor sistema para rocas de muy mala calidad ytambién para rocas en ambientes de altos esfuerzos. En presencia dediscontinuidades abiertas y/o vacías, no es recomendable su uso a menosque la inyección de la pasta de cemento pueda ser chequeada.
Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere varios días decurado antes que el perno trabaje a carga completa, pero apropiadamenteinstalados son competentes y durables, con alta resistencia en condicionesde roca dura. Estos pernos tienen larga vida útil y constituyen el sistema más
versátil de pernos de roca. El uso de varillas con cemento inyectado esfrecuentemente el sistema de sostenimiento más barato, pero no se debeusar en taladros con agua y tampoco se debe tensar inmediatamente. Eldiámetro requerido por los taladros es de 32 a 36 mm.
Barrahelicoidal
Taladro
Placa
Cartuchos de
resina
Tuerca Instalación de una barra helicoidal.
Cuando se usa resina, sea ésta de fraguado rápido (menos de 30 segundos) ofraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a carga completa en más omenos 5 minutos, permitiendo así pretensar el perno e instalarlo enpresencia de filtraciones de agua. La resina viene en cartuchos con elcatalizador separado de la resina y por efecto de la rotación del perno almomento de introducir al taladro, éstos se mezclan generando el fraguado.Este sistema proporciona una alta capacidad de carga en condiciones de rocadura, resistente a la corrosión y a las vibraciones del terreno y brinda acciónde refuerzo inmediato después de su instalación, aunque su costo es mayor
que los pernos cementados (en cartucho o inyectado). El diámetro del taladroes crucial para el mezclado y fraguado de la resina, para varillas de 20 mm eldiámetro máximo debe ser 32 mm.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 19/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
18
Procedimientos de instalación
Primero, el equipo técnico de apoyo de mina debe determinar el patrón adecuado delos pernos, a continuación se perforan los taladros.
Cuando se usa inyección de cemento, después de la perforación se introduce lavarilla dentro del taladro. Luego se coloca la pasta de cemento utilizando un tubohueco de PVC, que se introduce asegurándolo ligeramente a la varilla. La pasta seinyecta mediante el uso de una bomba y se va retirando el tubo de PVC conforme seva inyectando. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el perno. El tensionadose deberá ejecutar como mínimo 48 horas después de colocado el perno, salvo eluso de acelerantes de fragua. La relación cemento/agua ideal de la pasta decemento es de 3.5:1 en peso, lo cual equivale a 16 litros de agua por 45 kilos decemento.
Taladro
Perno
Pasta decement
o
Extremobiselado
Tubo deinyección de
cemento
Instalación de un perno de varilla con inyección de cemento.
Cuando se usa cartuchos de cemento (cemento con aditivos especiales en unenvase plástico), se debe limpiar el taladro, luego se introducen los cartuchospreviamente remojados con agua hasta llenar el taladro. Después se introduce lavarilla hasta unos 50 cm, doblándola ligeramente, a fin que ésta pueda rompermejor los cartuchos y producir mejor mezcla al momento de introducir girando lavarilla por acción de la perforadora. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el
perno, el tensionado se deberá ejecutar como mínimo 48 horas después decolocado el perno, salvo el uso de acelerantes de fragua.
Cuando se usa resina, el procedimiento es similar a los cartuchos de cemento, pero eneste caso, una vez perforado y limpiado el taladro, se introducen primero loscartuchos de resina de fraguado rápido hasta el fondo y luego los cartuchos deresina de fraguado lento. La cantidad de cartuchos estará determinada por eldiámetro y longitud del taladro, de la varilla y de los cartuchos de resina. Elfabricante proporciona las cantidades recomendables, el objetivo es que todo eltaladro quede rellenado. Es importante en este caso que se produzca una buena
mezcla de la resina con el catalizador, para que la adherencia de la varilla con la rocasea eficaz. Esto se logra mediante la rotación de la varilla con la perforadoradurante 10 a 15 segundos, tal como se indicó en el párrafo anterior, para el caso de
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 20/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
19
los cartuchos de cemento. Finalmente se coloca la placa, pudiéndose tensionar deinmediato, por efecto de la fragua rápida. Posteriormente el fraguado lentoactuará con la varilla tensionada.
Cuando se usa resina y cemento, se colocan los cartuchos de resina de fraguadorápido en el fondo del taladro y se completa el resto con pasta de cemento ocartuchos de cemento, siendo el resto del procedimiento similar a los antesmencionados.
Un aspecto final esta referido al tensionamiento de los pernos. Cuando la masarocosa ha estado sometida a intensa deformación, es recomendable eltensionamiento. Cerca de los frentes de avance, donde la masa rocosa puedapresentar deformación subsecuente significativa o cuando están presentes altos
esfuerzos, no es recomendable el tensionamiento.
CARTUCHOS DE CEMENTO
Taladro
1
Dobladoligero de lavarilla
2
Varilla instalada
3
Instalación de un perno de varilla de fierro corrugado usando cartuchos de cemento, cartuchos de resina o ambos.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 21/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
20
Split sets
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 losdos trabajan con el mismo principio, tienen diferentes mecanismos desostenimiento, como veremos más adelante.
Descripción
El split set, consiste de un tubo ranurado a lo largo de su longitud, uno de losextremos es ahusado y el otro lleva un anillo soldado para mantener la platina. Al serintroducido el perno a presión dentro de un taladro de menor diámetro, se generauna presión radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes del taladro,
cerrando parcialmente la ranura durante este proceso. La fricción en el contactocon la superficie del taladro y la superficie externa del tubo ranurado constituye elanclaje, el cual se opondrá al movimiento o separación de la roca circundante alperno, logrando así indirectamente una tensión de carga.
Placa con domo Taladro
Tuboranurado
Perno de fricción SPLIT SET.
Diámetrodeltaladro
Diámetro del SPLIT SET
SPLIT SETInstalado
Mecanismo de anclaje del SPLIT SET.
El diámetro de los tubos ranurados varía de 35 a 46 mm, con longitudes de 5 a 12pies. Pueden alcanzar valores de anclaje de 1 a 1.5 toneladas por pie de longitud del
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 22/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
21
perno, dependiendo principalmente del diámetro de la perforación efectuada, lalongitud de la zona del anclaje y el tipo de la roca.
Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:
Los split sets son utilizados mayormente para reforzamiento temporal,usualmente conformando sistemas combinados de refuerzo en terrenos decalidad regular a mala. En roca intensamente fracturada y débil no esrecomendable su uso.
Su instalación es simple, solo se requiere una máquina jackleg o un jumbo.Proporciona acción de refuerzo inmediato después de su instalación ypermite una fácil instalación de la malla.
El diámetro del taladro es crucial para su eficacia, el diámetro recomendadopara los split sets de 39 mm es de 35 a 38 mm, con diámetros más grandes secorre el riesgo de un anclaje deficiente y con diámetros más pequeños esmuy difícil introducirlos. Son susceptibles a la corrosión en presencia deagua, a menos que sean galvanizados. En mayores longitudes de split sets,puede ser dificultosa la correcta instalación. Los split sets son relativamentecostosos.
Procedimientos de instalación
Una vez definido el patrón de los pernos, se perforan los taladros, verificándoseque sean un poco más largos que los pernos. Luego, se hace pasar la placa a travésdel tubo ranurado y se coloca el extremo del tubo en la entrada del taladro. Se saca elbarreno de la perforadora y se coloca el adaptador o culatín, acoplándose éste al otroextremo del tubo. Se acciona la perforadora la cual empuja el tubo hasta pegar laplatina contra la roca.
Manera de instalación del SPLIT SET.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 23/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
22
Swellex
Descripción
También es un perno de anclaje por fricción, pero en este caso la resistenciafriccional al deslizamiento se combina con el ajuste, es decir, el mecanismo deanclaje es por fricción y por ajuste mecánico, el cual funciona como un anclajerepartido.
El perno swellex está formado por un tubo de diámetro original de 41 mm ypuede tener de 0.6 a 12 m de longitud o más (en piezas conectables), el cual esplegado durante su fabricación para crear una unidad de 25 a 28 mm de diámetro.Éste es insertado en un taladro de 32 a 39 mm de diámetro. No se requiere ningunafuerza de empuje durante su inserción. La varilla es activada por inyección de aguaa alta presión (aproximadamente 30 MPa ó 300 bar) al interior del tubo plegado, elcual infla al mismo y lo pone en contacto con las paredes del taladro, adaptándosea las irregularidades de la superficie del taladro, así se consigue el anclaje.
Taladro
Placa condomo
Tubo deaceroexpandido
Mecanismo de anclaje del SWELLEX.
Una vez expandido el tubo, se genera una tensión de contacto entre el tubo y lapared del taladro, produciendo dos tipos de fuerzas: una presión o fuerza radialperpendicular a su eje y una fuerza de rozamiento estático, en toda su longitud,cuya magnitud depende de la estructura de la roca y de la dimensión del taladro.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 24/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
23
Tubo SWELLEX instalado
Tubo SWELLEX plegado
(Sin expandir) (Expandido)
Mecanismo de anclaje del SWELLEX .
Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización:
Constituyen un sistema alternativo a los split sets, pero de mejor rendimientoen terreno de menor calidad, para el refuerzo temporal. Debido a laexistencia de distintos tipos de swellex, cubren un amplio rango de aplicacióndesde rocas duras a suaves y en terrenos muy fracturados. Tienen buenarespuesta a los efectos cortantes de la roca. En roca dura, 0.5 m de longituddel perno, proporciona una resistencia a la tracción igual a su carga de rotura.Dada su gran flexibilidad, éstos pueden instalarse en longitudes de hasta 3veces la altura de la labor.
Es de instalación sencilla y rápida, el efecto de refuerzo es inmediato, y estáprovisto de arandelas para colocar la malla en cualquier momento.
El principal problema es la corrosión, aunque las nuevas versiones vienencubiertas con una capa elástica protectora o son de acero inoxidable. Sonmás costosos que los split sets.
Procedimientos de instalación
Una vez perforado el taladro, se introduce el tubo en la boquilla del brazo deinstalación por el casquillo de inflado. Luego se introduce el tubo en el taladro.Hecho esto, mediante la bomba se aplica agua a alta presión para inflar el tubo,proceso que dura unos pocos segundos. Cuando la presión del agua llega a 30MPa, la bomba se para automáticamente, quedando el swellex expandido en todasu longitud dentro del taladro. Debido al proceso de inflado, la longitud del perno sereduce por contracción, lo cual produce un empuje de la placa de reparto contrala roca con una tensión axial de 20 KN.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 25/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
24
Manera de instalación del SWELLEX
Bomba
5.3 CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE)
Generalidades
Concreto lanzado (shotcrete) es el nombre genérico del concreto cuyos materialescomponentes son: cemento, agregados, agua, aditivos y elementos de refuerzo, loscuales son aplicados neumáticamente y compactados dinámicamente a altavelocidad sobre una superficie.
La tecnología del shotcrete comprende los procesos de mezcla seca y de mezclahúmeda.
En el proceso de mezcla seca, los componentes del shotcrete seco o ligeramente
pre-humedecidos, son alimentados a una tolva con agitación continua. El airecomprimido es introducido a través de un tambor giratorio o caja de alimentación
para transportar los materiales en un flujo continuo hacia la manguera desuministro. El agua es adicionado a la mezcla en la boquilla.
En el proceso de mezcla húmeda, los componentes del shotcrete y el agua sonmezclados antes de la entrega a una unidad de bombeo de desplazamientopositivo, la cual luego suministra la mezcla hidráulicamente hacia la boquilla,donde es añadido el aire para proyectar el material sobre la superficie rocosa.
El producto final de los procesos de shocrete ya sea seco o húmedo es similar. El
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 26/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
25
sistema de mezcla seca tiende a ser más utilizado en la minería subterránea, debido aque generalmente usa equipos pequeños y compactos, los mismos que pueden sermovilizados en forma relativamente fácil en la mina. El sistema de mezcla húmeda
es ideal para aplicaciones de alta producción, como en piques profundos o laboresde avance de gran longitud y donde los accesos permiten operar al equipo deaplicación de shotcrete sobre una base más o menos continua. Las decisiones parausar procesos de shotcrete seco o húmedo, son usualmente adoptadas para cadasitio en particular.
Adecuadamente aplicado, el shotcrete es un material de construcciónestructuralmente sólido y durable, con buenas características de adhesión con la
roca y alta resistencia. Estas propiedades favorables se consiguen con buenasespecificaciones y materiales, preparación adecuada de la superficie, buenas
prácticas de mezclado, aplicación del shotcrete y supervisión.Materiales componentes del shotcrete y sus proporciones en la mezcla
Los Agregadoscombinados deben presentar una de las graduaciones mostrados en el cuadro
MALLA
Porcentaje de peso pasante
Graduación Nº 1 Graduación Nº 2 Graduación Nº 3
Fino Medio Grueso
¾” (19 mm)
½” (12 mm)
3/8” (10 mm) Nº
4 (4.75 mm) Nº 8
(2.4 mm) Nº 16
(1.2 mm) Nº 30
(600 Um) Nº 50
(300 Um) Nº 100
(150 Um)
-
-
100
95 - 100
80 - 100
50 - 85
25 - 60
10 - 30
2 - 10
-
100
90 - 100
70 - 85
50 - 70
35 - 55
20 - 35
8 - 20
2 - 10
100
80 - 95
70 - 90
50 - 70
35 - 55
20 - 40
10 - 30
5 - 17
2 - 10
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 27/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
26
El agua de la mezcla debe ser limpia y libre de sustancias que puedan dañar al
concreto o al acero. Se recomienda agua potable, en caso contrario el agua debeser ensayada, de tal manera de asegurar que la resistencia de los cubos de mortero
sea como mínimo el 90% de la resistencia de cubos de mortero hechos con aguadestilada. El agua de curado deberá estar libre de sustancias que puedan dañar elconcreto.
Se usan aditivos para mejorar las propiedades del shotcrete, éstos pueden ser: los
acelerantes de fragua, que no deberán se usados en más del 2% en peso delcemento; los reductores de agua; y los retardantes. Recientemente se haintroducido la microsílica como un añadido cementante, ésta es una puzolanaextremadamente fina que utilizada en cantidades del 8 al 13 % por peso delcemento, permite duplicar y hasta triplicar la resistencia del shotcrete, además
reduce el rebote, mejora la adhesión a la superficie de la roca y permite colocarcapas de hasta 200 mm de espesor en un paso simple, por su calidad “pegajosa”, sinembargo, en la mezcla húmeda, esta calidad de pegajosa disminuye la facilidad detrabajo, requiriéndose de superplastificantes para restaurar dicha facilidad detrabajo.
Como elementos de refuerzo, se tienen principalmente las fibras de acero, la malla
electrosoldada firmemente adosada a la superficie de la roca (la malla eslabonadano es ideal para la aplicación del shotcrete, debido a la dificultad del shotcrete parapenetrar la malla) y las varillas de fierro o acero corrugadas libres de aceites, grasas,
polvo u otros materiales que puedan afectar la adhesión del shotcrete.
La práctica y experiencia indica que las proporciones más adecuadas son:
- Cemento 20%
- Para mezcla seca 320 - 460 Kg/m3
(menos para
shotcrete grueso y más para el
fino)
- Agregados y gruesos 15% al 20%
- Agregados finos 60% al 65% - Relación agua cemento (mezcla seca): 0.30 - 0.50
- Relación agua cemento (mezcla húmeda): 0.40 - 0.55
En mezclas húmedas el contenido de agua usualmente produce un slump de másde 50 mm.
Cuando los slumps son mayores de 150 - 175 mm, se pierde la cohesión y losagregados gruesos tienden a separarse. El slump recomendado es de 38 a 75 mm.
Con las relaciones agua-cemento indicadas, se logran resistencias de 20 - 48 MPa a20 días. En mezclas secas se pueden lograr resistencias de hasta 69 MPa.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 28/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
27
Principios de acción del shotcrete en el sostenimiento de excavaciones
rocosas
La acción conjunta del shotcrete y la roca, impide que éstos se deformenindependientemente.
La interacción induce la formación de un esfuerzo radial de confinamiento,que controla las deformaciones y que aplicado sobre la periferia de laexcavación, ayuda a la formación de un arco de sustentación.El shotcrete mantiene el entrabe de las posibles cuñas o bloques rocosos,sellando las discontinuidades o grietas producidas por la voladura.Evita la alteración de minerales inestables presentes en el macizo rocosoexcavado, por efecto del intemperismo.
Peso
Capa deshotcrete
Capa de shotcrete
Comportamiento del shotcrete en cuñas o bloques.
Aplicación del shotcrete
La calidad del shotcrete final depende de los procedimientos usados en suaplicación. Estos procedimientos incluyen: la preparación de la superficie, técnicasdel lanzado (manipulación de la boquilla o tobera), iluminación, ventilación,comunicación y el entrenamiento de la cuadrilla.
El shotcrete no debe ser aplicado directamente a la superficie rocosa seca, conpolvo o congelada. El área de trabajo debe ser rociada con un chorro de aire-aguapara remover la roca suelta y el polvo de la superficie donde se aplicará el shotcrete.La roca húmeda creará una buena superficie, sobre la cual se colocará la capa inicialde shotcrete. En caso de aplicar varias capas de shotcrete, antes de aplicar lasiguiente capa es necesario limpiar la anterior para una buena adherencia.
El hombre que manipula la boquilla deberá hacerlo del siguiente modo: La posición de trabajo debe ser tal, que haga posible cumplir con lasespecificaciones que se dan a continuación. La Figura 4.27, muestra algunas delas posiciones de trabajo recomendables.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 29/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
28
1 2
Vista de planta
3
Posiciones correctas de lanzado.
Respecto al ángulo de lanzado, como regla general, la boquilla debe serdirigida perpendicularmente a la superficie rocosa. El ángulo de lanzado nodebe ser menor de 45º.
Concreto
Correcto
Incorrecto
Extremado
rebote Altorebote
Bajorebote
Ángulo de lanzado.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 30/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
29
A fin de distribuir uniformemente el shotcrete, la boquilla debe ser dirigidaperpendicularmente a la superficie rocosa y debe ser rotada continuamenteen una serie de pequeños ovalos o círculos.
1.0 - 1.5 m
Concreto
Roca
Distribución uniforme del shotcrete con pequeños movimientos circulares.
Cuando se instala shotcrete en paredes, la aplicación debe iniciarse en labase. La primera capa de shotcrete debe cubrir en lo posible completamentelos elementos de refuerzo. Aplicando el shotcrete desde la parte inferior,aseguramos que el rebote no se adhiera sobre la superficie rocosa. Esteprocedimiento evita que posteriormente se presente el fenómeno del
shotcrete “falso”. (Ver Figura 4.30)
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 31/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
30
1 2
1
Rebote
2
Concreto
(Luego concreto lanzado “falso”)
CORRECTO INCORRECTO
Secuencia de aplicación del shotcrete.
Cuando se aplica shotcrete sobre elementos de refuerzo como varillas omalla, es importante que éstos queden completamente bien encapsuladosdentro del mortero o concreto. Para esto es necesario dirigir la boquilla endirección normal a la superficie o a un ángulo ligeramente inclinado a lanormal de la misma, para permitir un mejor encapsulamiento y minimizar laacumulación del rebote.
CORRECTO INCORRECTO
Recubrimiento de los elementos de refuerzo.
El mortero o concreto debe emerger de la boquilla con un flujo continuo y nointerrumpido. Si por alguna razón el flujo es intermitente, el operador de laboquilla debe dirigir el flujo fuera del área de recepción, hasta que el flujovuelva a ser constante..
También es necesario tener en consideración, que es esencial que elabastecimiento de aire sea consistente y tenga suficiente capacidad para asegurar elsuministro constante y permanente de shotcrete a alta velocidad a la superficie
rocosa.
Un operador bien entrenado puede producir manualmente shotcrete de excelentecalidad, cuando el área de trabajo está bien iluminado y ventilado, y
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 32/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
31
cuando los miembros de la cuadrilla están en buena comunicación los unos con losotros, usando signos manuales pre-establecidos o equipos de radio. Para aliviarel cansancio y dar mayor confort al trabajador, se está incrementando el uso de
sistemas robóticos compactos para permitir que el operador opere a controlremoto la boquilla.
Empleo de equipo robótico para shotcrete.
Cuando el shotcrete es aplicado a la masa rocosa con juntas bien definidas yportantes de agua, es importante proveerla de drenaje a través de la capa de
shotcrete, a fin de liberar las altas presiones de agua. Taladros de drenaje, fijadoscon tubos plásticos como los ilustrados en la Figura 4.33 son comúnmente usadospara este propósito. Donde la filtración de agua no es restringida a pocos rasgosestructurales específicos, una esterilla de fibra porosa puede ser adosada a lasuperficie de la roca antes que la capa de shotcrete sea aplicada. Cuando se practicael drenaje, el agua de los drenes deberá ser colectado y dirigido a una cuneta osumidero.
Falla Agua
Capa deshotcret
e
Tubos de
drenaje
Figura 4.33 Taladros de drenaje.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 33/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
32
Consideraciones varias
Rebote
Para mezcla seca, el medio más efectivo de reducir el rebote incluye: la disminuciónde la presión de aire, el uso de mayor cantidad de finos, el pre- humedecimientode la superficie y el lanzado a una consistencia estable.
Una de las grandes ventajas del proceso de mezcla húmeda es el bajo rebote. Lacantidad de rebote depende de la consistencia del concreto, uso de acelerantes,técnicas de lanzado y graduación de los agregados.
En el proceso de mezcla húmeda el rebote está entre 10% y 20% por peso, mientrasque el proceso de mezcla seca el rebote puede ser de 15% - 40% para paredesverticales y 20% - 50% para techos.
Las siguientes condiciones podrían reducir el rebote: contenido de cemento másalto, más finos en la mezcla, tamaños más pequeños de los agregados máximos,adecuado contenido de humedad de los agregados, una graduación más fina y lainclusión de la microsílica.
Es necesario además recordar que las prácticas adecuadas de manipulación de la
boquilla inciden en el menor rebote.
Espesor de la aplicación
Siempre que sea posible el shotcrete debe ser aplicado a su espesor completo dediseño en una sola capa. Éste puede ser aplicado en capas o espesores simples,dependiendo de la posición de trabajo. En el techo el espesor debe ser el necesariopara evitar la caída del shotcrete, generalmente de 1” a 2” (25 - 50 mm) en cadapasada. En las paredes verticales puede ser aplicado en capas o espesores simples.En cualquiera de los casos el espesor de una capa es principalmente gobernado por
el requerimiento de que el shotcrete no caiga.
Curado
Al igual que el concreto, el shotcrete también debe ser curado de tal manera quesu resistencia potencial y su durabilidad sean completamente desarrollados.
El mejor método de curado es mantener húmedo el shotcrete continuamente por7 días, utilizando para tal fin el agua. El curado natural puede ser consideradosiempre y cuando la humedad relativa del lugar sea mayor de 85%.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 34/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
33
CONSIDERACIONES DE LA SECUENCIA DE LAS EXCAVACIONES:
Como se ha destacado en varias ocasiones en este capítulo, las cuñas tienden a caer o deslizarsetan pronto ya que están totalmente expuestos en una cara excavada. En consecuencia, requiereninmediato apoyo con el fin de garantizar la estabilidad. La colocación de este apoyo es unacuestión práctica importante ser abordado cuando se trabaja en terreno en bloques, que espropenso al fracaso de las cuñas.
Cuando la geología estructural del macizo rocoso está razonablemente bien entendido elprograma UNWEDGE se puede utilizar para investigar tamaños de cuña potenciales yubicaciones. Un soporte patrón, que asegure estas cuñas, a continuación, puede ser diseñado ypueden ser instalados con pernos de anclaje a medida que la excavación progresa.
Cuando se trata de excavaciones más grandes tales como cavernas subterráneas, cámaras oestaciones de trituradoras de eje, el problema de la instalación de apoyo secuencial es un pocomás simple, ya que estas excavaciones se suelen excavar en etapas. Por lo general, en unatrituradora subterránea cámara, la excavación se inicia con un título superior que luego se redujoa cabo antes del resto que la caverna se excavara por banqueo.
El boceto muestra un margen de una gran abertura excavada en cuatro etapas con pernos deanclaje o cables instalados en cada etapa para apoyar a las cuñas, que son progresivamenteexpuestos en el techo y las paredes laterales de la excavación. La longitud, la orientación y elespaciamiento de los tornillos o cables son elegidos para asegurar que cada cuña es adecuadaapoyada antes de que esté completamente expuesto en la excavación superficie.
Cuando se trata de grandes excavaciones de este tipo, en geología estructural del macizo rocosoque rodea el volumen se han definido a partir de perforación o de acceso principales y socavonesuna proyección razonable de cuñas potenciales será disponible. Estas proyecciones pueden serconfirmadas por mapeo adicional, ya que cada etapa de la excavación es completada. Elprograma proporciona una UNWEDGE herramienta eficaz para explorar el tamaño y la forma decuñas potenciales y el apoyo necesario para estabilizar ellos.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 35/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
34
El margen del boceto muestra un diseño de soporte que es sobre la base de las más grandescuñas posibles que pueden ocurrir en el techo y las paredes de la excavación. Estas cuñas a vecespuede formar en macizos rocosos con muy persistente superficies de discontinuidad, tales como
planos de estratificación en capas rocas sedimentarias. En muchas metamórficas o ígneas rocas,las superficies de discontinuidad no son continuas y el tamaño de las cuñas que pueden formarestá limitado por la persistencia de estas superficies.
El UNWEDGE este programa proporciona varias opciones para dimensionamiento de cuñas. Unade las más comunes medidas de longitudes de mapeo estructural es la longitud de unaarticulación trazar sobre una superficie de excavación y uno de los dimensionamiento opcionesse basa en esta longitud de traza. El área de superficie de la base de la cuña, el volumen de lacuña y la altura de vértice de la cuña están todos calculado por el programa y todos estos valorespueden ser editados por el usuario para establecer una escala para la cuña. Esta opción de escalaes muy importante cuando se utiliza el programa de forma interactiva para el diseño de soportepara grandes aberturas, donde los tamaños máximos de cuña se hacen evidentes como la
excavación progresa.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 36/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
35
PRINCIPIOS DEL DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO:
Cuando se va a dimensionar un elemento de sostenimiento, conviene tener presente lossiguientes principios:
Considerar que el macizo rocoso siempre se va a deformar por efecto de
la construcción de la excavación, y que el nivel de deformación debe ser
compatible con el uso que se le va a dar a dicha excavación. Nótese que cuando
se coloca un sostenimiento en el interior de un macizo rocoso, este no tiene
carga alguna, y que para que trabaje funcionalmente este tiene que sufrir un
proceso de deformación, y de ahí que la carga que va a soportar el
sostenimiento dependerá directamente de la deformación que haya sufrido el
macizo rocoso después de la colocación del mismo.
Para dimensionar y calcular un elemento estructural de sostenimiento, se
debe considerar el tiempo durante el cual va a ser utilizada la excavación,
considerándose que el paso del tiempo implica una degradación natural de
las rocas, debido a efectos ambientales.
El dimensionamiento de sostenimiento depende del estado de tensión inicial,
de la dimensión de excavación, y de la calidad de las rocas que forma parte del
macizo rocoso circundante, antes de realizar la excavación.
METODOS PARA EL DISEÑO DE SOSTENIMIETO :
No existe un análisis predominante para el diseño de sostenimiento en roca, quizá
debido al hecho de que un diseño específico depende de algunos factores, como
por ejemplo: la profundidad, la forma y el tamaño de la excavación, presencia de
agua, regularidades y especificaciones del proyecto, entre otras.
MÉTODOS EMPÍRICOS
Provienen fundamentalmente de las clasificaciones geomecanicas, siendo entre ellas
las de más amplio uso hasta la actualidad, aquellas propuestas por Bieniaski (1989),
Barton (1974) y Lausbsher (1973). Se puede decir que los métodos empíricos no toman
en cuenta ni el estado tensional del macizo rocoso antes de la construcción de la
excavación, ni los cambios tensionales que esta genera, tampoco permite el cálculo del
factor de seguridad de los elementos de sostenimiento.
MÉTODOS ANALÍTICOS
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 37/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
36
Están basados en los conceptos de plastificación de la oca y de la rigidez del
sostenimiento; a estos métodos se les conoce como interacción roca-
sostenimiento o también como confinamiento-convergencia.
MÉTODOS NUMÉRICOS:
Dadas las limitaciones que presentan los métodos numéricos y analíticos en el diseño
de excavaciones y en el análisis de interacción roca -sostenimiento existe una tercera
alternativa: los métodos numéricos, basados en relaciones tenso deformaciones que
gobiernan en comportamiento mecánico del terreno a través de la resolución de
ecuaciones diferenciales.
LA APLICACIÓN DE LA TEORÍA DE PROBABILIDAD:El UNWEDGE programa ha sido diseñado para el análisis de una sola cuña definida por tres
discontinuidades de intersección. El "Analizador de combinación" en el programa UNWEDGE
se puede utilizar para ordenar a través de todas las combinaciones posibles conjuntos en una
gran población de discontinuidades con el fin de seleccionar las tres articulaciones que
definen cuñas más críticas.
Los primeros intentos se han hecho por una serie de autores, incluyendo Tyler et al (1991) y
Jatzor y Goodman (1992), se aplican a la teoría de la probabilidad a estos problemas y
algunos Se han obtenido resultados prometedores. Los análisis desarrollados hasta el
momento no son fáciles de usar y no puede ser considerado como herramientas de diseño. Sin
embargo, estos estudios han demostrado el camino para el desarrollo futuro de este tipo de
herramientas y se prevé que potente y fácil de usar métodos de análisis probabilístico estarán
disponibles en unos pocos años.
FACTOR DE SEGURIDAD Y LA PROBABILIDAD DE FALLO
¿Cómo se puede evaluar la aceptabilidad de un diseño de ingeniería? Basándose en el juicio el
único que puede conducir a uno de los dos extremos ilustrados en la Figura 1. El primer caso es
económicamente inaceptable mientras que el ejemplo ilustrado en el dibujo de la derecha viola
todas las normas de seguridad normales.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 38/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
37
LOS ESTUDIOS DE SENSIBILIDAD:
El enfoque clásico utilizado en el diseño de estructuras de ingeniería es considerar la relación
entre la capacidad C (fuerza o fuerza de resistencia) del elemento y la demanda D (tensión o
fuerza perturbadora). El Factor de seguridad de la estructura se define como F = C / D y el fracaso
se supone que ocurra cuando F es menor que la unidad.
En lugar de basar una decisión de diseño de ingeniería en un solo factor calculado de
seguridad, un enfoque que se utiliza con frecuencia para dar una evaluación más racional delos
riesgos asociados con un diseño particular es llevar a cabo un estudio de sensibilidad.
Esto implica una serie de cálculos en la que cada parámetro significativo es variado
sistemáticamente a lo largo de su máximo rango creíble con el fin de determinar su influencia
sobre el factor de seguridad. Proporcionó un medio útil para explorar una amplia gama de
posibilidades y llegar a decisiones prácticas en algunos difíciles problemas. En las siguientes
páginas de esta idea de los estudios de sensibilidad se extenderá a la uso de la teoría de
probabilidades y se muestra que, incluso con datos de campo muy limitadas información útil
práctico puede obtenerse a partir de un análisis de probabilidad de fallo.
UNA INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DE LA PROBABILIDAD:
Una discusión completa sobre la teoría de probabilidades excede el alcance de estas notas y las
técnicas descritas en las páginas siguientes pretenden i introducir al lector en el someter y para
dar una indicación de la potencia de estas técnicas en la toma de ingeniería decisiones.
Un tratamiento más detallado de este tema se puede encontrar en un libro de Harr (1987)
titulado 'diseño basado en confiabilidad en ingeniería civil ". Un documento sobre geotécnica
aplicaciones de la teoría de la probabilidad titulado "Evaluación de riesgo, calculada engeotécnica ingeniería 'fue publicado por Whitman (1984) y se recomienda la lectura para
cualquier persona con un interés serio en este tema. Pino (1992), Tyler et al (1991), y Jatzor
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 39/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
38
Goodman (1993) y Carter (1992) han publicado trabajos sobre la aplicación de teoría de la
probabilidad para el análisis de los problemas encontrados en la minería subterránea e
ingeniería civil.
La mayoría de los ingenieros geotécnicos consideran que el tema de la teoría de la
probabilidad con la duda y sospecha. Al menos parte de la razón de esta desconfianza está
asociada con el lenguaje que ha sido adoptado por los que se especializan en el campo de la
teoría de la probabilidad y el riesgo evaluación. Las siguientes definiciones se dan en un intento
de disipar parte del misterio que suele rodear a este tema.
VARIABLES ALEATORIAS:
Parámetros tales como el ángulo de fricción de las jun tas de roca, la resistencia a la compresión
uniaxial de muestras de roca, la inclinación y la orientación de las discontinuidades en un macizo
rocoso y el medido tensiones in situ en la roca que rodea una abertura do no tener un único valor
fijo sino que puede asumir cualquier número de valores. No hay manera de predecir
exactamente lo que el valor de uno de estos parámetros será en cualquier dado ubicación. Por
lo tanto, estos parámetros se describen como variables aleatorias.
DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD:
Una función de densidad de probabilidad (PDF) describe la probabilidad relativa de que una
variable aleatoria asumirá un valor particular. La función típica de densidad de probabilidad se
ilustra opuesta. En este caso la variable aleatoria es distribuido de forma continua (es decir, se
puede asumir que sea posible valores). El área bajo la PDF es siempre la unidad. Una maneraalternativa de presentar la misma información está en la forma de una función de distribución
acumulativa (CDF), que da la probabilidad de que la variable tendrá un valor inferior o igual al
seleccionado valor. El CDF es la integral de la correspondiente la función de densidad de
probabilidad, es decir, la ordenada en x1 en la distribución acumulativa es el área bajo la
función de densidad de probabilidad a la izquierda de x1. Tenga en cuenta la fx(x) se utiliza
para la ordenada de un PDF mientras Fx (x) es utilizado para un CDF.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 40/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
39
Una de las representaciones gráficas más comunes de una distribución de probabilidad es un
histograma en el que la fracción de todas las observaciones que cae dentro de un intervaloespecificado es trazada como un bar por encima de ese intervalo.
ANÁLISIS DE LOS DATOS:
Para muchas aplicaciones no es necesario usar toda la información contenidos en una función
de distribución y las cantidades resumen sólo por la dominante características de la distribución
pueden ser adecuados. La media de la muestra o valor esperado o primer momento indica
el centro de gravedad de una distribución de probabilidad. Una aplicación típica sería el
análisis de un conjunto de resultados x1, x2,..., xn de los ensayos de resistencia uniaxial lleva a
cabo en el laboratorio. Suponiendo que hay N individuo xi valores de prueba, la media x está
dada por:
El s2 varianza de la muestra o el segundo momento alrededor de la media de una distribución se
define como la media del cuadrado de la diferencia entre el valor de xi y el valor medio x.
Por lo tanto:
Tenga en cuenta que, en teoría, el denominador para el cálculo de la varianza de las muestras
debe ser n, no (n - 1). Sin embargo, para un número finito de muestras, se puede demostrar que
la factor de corrección n / (n-1), conocida como la corrección de Bessel, da una mejor estimación.Para efectos prácticos, la corrección sólo es necesaria cuando el tamaño de la muestra es inferior
a 30.
La desviación estándar s viene dada por la raíz cuadrada positiva de la varianza s2. en e l caso de
la distribución normal de uso común, aproximadamente el 68% de los valores de prueba caerá
dentro de un intervalo definido por la media ± una desviación estándar mientras que
aproximadamente 95% de todos los resultados de la prueba caerá dentro del intervalo definido
por la media ± estándar de dos desviaciones. Una desviación estándar pequeña indicará los
datos estrechamente agrupados marcados y una gran desviación estándar se puede encontrar
para un conjunto de datos en la que hay una gran dispersión acerca la media.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 41/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
40
El coeficiente de variación (COV) es la relación de la desviación estándar de la media, es decir,
COV = s / x. COV es adimensional y es una medida particularmente útil de incertidumbre.Una pequeña incertidumbre típicamente estaría representada por un COV = 0,05 mientras
considerable incertidumbre estaría indicada por un COV = 0,25.
Distribución Normal: La distribución normal o gaussiana es el tipo más común de función de
distribución de probabilidad y la distribución de muchas variable s aleatorias ajustarse a esta
distribución. Se utiliza generalmente para estudios probabilísticos en geotécnica ingeniería
a menos que haya buenas razones para la selección de una distribución diferente.
Por lo general, las variables que se presentan como una suma de una serie de efectos
aleatorios, ninguno de los cuales dominan total, normalmente se distribuyen. El problema de
definir una distribución normal es estimar los valores de la directiva parámetros que son la media
verdadera (μ) y la desviación estándar cierto (s). Generalmente, la mejores estimaciones
para estos valores están dados por la media de la muestra y la desviación estándar,
determinada a partir de una serie de pruebas u observaciones. Por lo tanto, a partir de las
ecuaciones 1 y 2:
Es importante reconocer que las ecuaciones 3 y 4 dan los valores más probables d e μ y s y no
necesariamente los valores verdaderos.
Obviamente, es deseable incluir tantas muestras como sea posible en cualquier conjunto de
observaciones, pero, en la ingeniería geotécnica, hay grave práctico y financiero limitaciones a la
cantidad de datos que pueden ser recogidos. En consecuencia, a menudo es necesarias para
hacer estimaciones sobre la base del juicio, la experiencia o de las comparaciones con los
resultados publicados por otros. Estas dificultades se utilizan a menudo como una excusa para
no el uso de herramientas probabilísticas en la ingeniería geotécnica, pero, como se verá más
adelante en este capítulo, resultados útiles todavía puede obtenerse a partir de datos muy
limitados.
Habiendo estimado las desviaciones estándar μ y medias, la función de densidad de
probabilidad para una distribución normal se define por:
Como se verá más adelante, esta gama de -∞≤ x ≤ ∞ puede causar problemas cuando uno
normal de distribución se utiliza como base para un análisis de Monte Carlo en la que toda la
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 42/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
41
gama de los valores se toman muestras al azar. Esto puede dar lugar a algunos números muy
pequeños (a veces números negativos) y muy grandes que, en algunos análisis, puede causar
numérica inestabilidad. Con el fin de superar este problema de la distribución normal es a veces
truncado de modo que sólo los valores que caen dentro de un rango especificado se consideranválidos.
No hay una solución de forma cerrada para la función de distribución acumulativa (CDF), que
debe por descubierto por integración numérica. Otras distribuciones: Además de la
distribución normal de uso común hay un número de distribuciones alternativas que se
utilizan en los análisis de probabilidad. Algunas de las más útiles son:
Distribuciones beta (Harr, 1987) son distribuciones muy versátiles que pueden ser utilizados para
sustituir casi cualquiera de las distribuciones comunes y que no sufren de la problemas con
valores extremos discutidos anteriormente porque el dominio (rango) está delimitada porvalores especificados. Distribuciones exponenciales se usan a veces para definir los eventos
tales como la aparición de terremotos o golpes de terreno o cantidades, tales como la longitud
de las articulaciones en una masa de roca.
Distribuciones lo normal son útiles cuando se consideran los procesos como la trituración de
agregados en el que los resultados del tamaño de partícula finales de un número de
colisiones de partículas de muchos tamaños se mueven e n diferentes direcciones con
diferentes velocidades. Tal mecanismos multiplicativos tienden a dar lugar a las variables que se
distribuyen lo normal a diferencia de las variables distribuidas normalmente resultantes de
los mecanismos de aditivos.
Distribuciones de Weibull se utilizan para representar la vida útil de los dispositivos en los
estudios de confiabilidad o el resultado de las pruebas, como las pruebas de carga en el punto
central de la roca en la que unos pocos valores muy altos pueden ocurrir.
Ya no es necesario que la persona se inician en el campo de la teoría de la probabilidad de
conocer y comprender las matemáticas involucradas en todas estas distribuciones de
probabilidad Dado que los programas de software disponibles comercialmente pueden
utilizarse para llevar a cabo muchas de las cálculos automáticamente. Tenga en cuenta que el
autor no está abogando por el uso ciego de software 'recuadro negro' y el lector debe extremar
la precaución está utilizando tal software sin tratar de entender exactamente lo que está
haciendo el software. Sin embargo, hay ningún punto en la redacción de informes a mano si uno
está dispuesto a pasar el tiempo aprendiendo a utilizar un buen procesador de textos
correctamente y lo mismo se aplica al software matemático.
Uno de los paquetes de software más útiles para el análisis de probabilidad es un Microsoft Excel
complemento de programa llamado @ RIESGO1 que se puede utilizar para las evaluaciones
de riesgo utilizando el técnicas descritas a continuación.
Técnicas de muestreo: Considere un problema en el que el factor de seguridad depende de un
número de variables aleatorias tales como la fuerza de cohesión c, el ángulo de fricción f y laaceleración a causa de terremotos o grandes explosiones. Suponiendo que los v alores de estos
las variables se distribuyen sobre sus medios de una manera que pueden ser descritos por una
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 43/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
42
de las funciones de distribución continua, tales como la distribución normal descrito
anteriormente, el problema es cómo utilizar esta información para determinar la distribución del
factor de seguridad valores y la probabilidad de fracaso.
El método de Monte Carlo utiliza números aleatorios o pseudo-aleatorios para probar desde
distribuciones de probabilidad y, si se generan suficientemente grandes números de muestras y
utilizado en un cálculo como el de un factor de seguridad, una distribución de valores para el fin
producto será generada. Se cree que el término 'Monte Carlo' que se han introducido como una
palabra clave para describir esta técnica éxito y perder utilizado durante el trabajo secreto en la
desarrollo de la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial (Harr 1987). Hoy en
día, Monte Carlo técnicas se pueden aplicar a una amplia variedad de problemas que
implican comportamiento aleatorio y un número de algoritmos están disponibles para la
generación de muestras aleatorias Monte Carlo desde diferentes tipos de distribuciones de
probabilidad de entrada. Con el software altamente optimizado programas como el RISK,problemas que involucran muestras relativamente grandes se pueden ejecutar de manera
eficiente en más computadoras de escritorio o portátiles La técnica de muestreo hipercubo
latino (Imam et al, 1980, y Startzman Watterbarger, 1985) es un desarrollo relativamente
reciente que da resultados comparables a la técnica de Monte Carlo, pero con un menor número
de muestras. El método se basa en estratificado el muestreo con la selección al azar dentro
de cada estrato. Típicamente un análisis utilizando 1000 muestras obtenidas por la técnica de
América Hypercube producirá resultados comparables a un análisis utilizando 5.000 muestras
obtenidas utilizando el método de Monte Carlo. Ambas técnicas se incorporan en el programa
RISK.
Tenga en cuenta que tanto el Monte Carlo y las técnicas Latin Hypercube requieren que el
distribución de todas las variables de entrada o bien debe ser conocido o que se supone. Cuando
no se dispone de información sobre la distribución se suele suponer un normal o una distribución
normal truncada.
El Generalizadas Point Método de cálculo, desarrollado por Rosenbleuth (1981) y discutido en
detalle por Harr (1987), puede ser utilizado para el cálculo rápido de la media y la
desviación estándar de una cantidad tal como un factor de seguridad que depende de azar
comportamiento de las variables de entrada. Hoek (1989) analizó la aplicación de esta
técnica para el análisis de la superficie de la estabilidad pilar corona mientras pino (1992) haaplicado esta técnica para el análisis de estabilidad de la pendiente y otros problemas de minería.
Para calcular una cantidad tal como un factor de seguridad, dos estimaciones puntuales se
hacen en uno desviación estándar en cada lado de la media (μ ± s) a partir de cada distribución
que representa una variable aleatoria. El factor de seguridad se calcula para cada combinación
posible de estimaciones puntuales, la producción de soluciones 2n, donde n es el número de
variables aleatorias los involucrados. A continuación se calculan la media y la desviación estándar
del factor de seguridad a partir de estas soluciones 2n.
PROBABILIDAD DE FALLO:
En el caso del problema pendiente Sau Mau Ping los parámetros de entrada y asumidas
distribuciones para el cálculo del factor de seguridad de la pendiente general con una tensión
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 44/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
43
agrietarse son los siguientes:
1. Dimensiones fijas:
Altura total pendiente H = 60 m
En general cuesta ángulo y f = 50 °
El incumplimiento plano ángulo y p = 35 °
Talud superior inclinación horizontal
Ancho banco bmax = H (cuna yp - yf Cuna) bmax = 35,34 m
Peso de la unidad de roca g r = 2,6 toneladas / m3
Peso unitario del agua g w = 1,0 toneladas / m3
2.
Variables aleatorias Los valores medios de distribución estándar desviación:Ángulo de fricción en la superficie conjunta f = 35 ° ± 5 normal
Fuerza de cohesión de las superficies articulares c = 10 toneladas / m2 ± 2 normal
Profundidad de tensión grieta z = 14 m ± 3 normal
Distancia de la cresta de la tensión grieta b = 15,3 m ± 4 normal
La profundidad del agua en zw tensión grieta = z / 2 min = 0, max = z Exponencial
Ratio de terremoto horizontal a la aceleración gravitatoria a = 0,08 min = 0, máx. = 2a
exponencial.
Figura 2: Distribución de entrada aleatoria variables para la pendiente Sau Mau Ping.
Fricción ángulo f - Una distribución normal truncada ha supuesto para esta variable. Lamedia se supone que es 35 °, que es el centro aproximado de la cizalla asumido gama fuerza
ilustra en la Figura 8 de "Un problema de estabilidad de taludes en Hong Kong". La
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 45/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
44
desviación estándar de 5 ° implica que aproximadamente el 68% de los valores de ángulo de
fricción definido por la distribución se encuentran entre los 30 ° y 40 °. La distribución normal
se trunca por una valor mínimo de 15 ° y un valor máximo de 70 ° que se han elegido de forma
arbitraria como los valores extremos representados por una superficie lisa y una slickensidedfresco, áspero fractura de tensión. Cohesivo fuerza c - Una vez más utilizando el rango asumido
de valores de resistencia al corte ilustrado en la figura 8 de "Un problema de estabilidad de
taludes en Hong Kong", un valor de 10 toneladas / m2 tiene sido elegida como la resistencia
cohesiva media y la desviación estándar se ha fijado en 2 toneladas / m2 sobre la base de este
diagrama. Con el fin de permitir la amplia gama de posibles resistencias cohesivas los valores
mínimo y máximo utilizados para truncar la normal de distribución son 0 y 25 toneladas / m2
respectivamente. Aquellos con experiencia en el interpretación de los resultados de las pruebas
de resistencia al corte laboratorio puede argumentar que el ángulo de fricción f y la fuerza de
cohesión c son variables no independientes como se ha supuesto en este análisis. Esto es porque
la fuerza cohesiva en general disminuye a medida que el variables dependientes pero, en aras de
la simplicidad, el ángulo de fricción f y la fuerza de cohesión c han sido mantiene la independencia
para este análisis.
Distancia de la grieta de tensión detrás de la cara b - El programa RocPlane utiliza el
horizontal la distancia b de la grieta de tensión detrás de la cresta de la pendiente como entrada
en lugar de la tensión agrietarse profundidad z porque b se puede medir en el campo y también
porque no se ve influenciada por la inclinación de la pendiente superior. Hoek y Bray (1974) dan
el valor de con los límites establecidos como:
Tensión profundidad de la grieta z - Ecuación 6 en "Un problema de estabilidad de taludes en
Hong Kong", definir la profundidad tensión crack, ha sido derivado por la minimización de la
ecuación 5 en la que capítulo. Para los fines de este análisis se ha supuesto que este valor de z
(14 m para las condiciones asumidos) representa la profundidad media tensión grieta. Un normal
truncada distribución se supone definir el posible rango de profundidades y la grieta de tensión
desviación estándar ha sido elegido arbitrariamente en 3 m. La profundidad de la grieta de
tensión mínima es cero, pero un valor de 0,1 m ha sido elegido para evitar posibles problemas
numéricos. La profundidad máxima tensión grieta está dada por: z = H (1- tany p / tany f) = 24,75
m que se produce cuando la grieta tensión vertical se encuentra en la cresta de la pendiente. Zw
La profundidad del agua en tensión grieta - El agua que llenaría la grieta de tensión en este
pendiente vendría de la escorrentía superficial directa durante las fuertes lluvias. En Hong Kong
la lluvias más fuertes ocurren durante los tifones y es probable que la grieta de tensión sería
completamente lleno durante dichos eventos. La probabilidad de ocurrencia de tifones ha
sido definida por una distribución exponencial truncada donde se supone que la profundidad
media agua para ser la mitad de la profundidad tensión grieta. La profundidad máxima de agua
no puede exceder la tensión agrietarse profundidad z y, tal como se define por la distribuciónexponencial, este valor se produciría muy raramente. La profundidad mínima del agua es cero
durante condiciones secas y esto se supone que es un fenómeno frecuente.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 46/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
45
Ratio de la aceleración terremoto horizontal a la aceleración gravitacional a – El frecuente
ocurrencia de terremotos de diferentes magnitudes se puede estimar por medio de una
distribución exponencial que sugiere que grandes terremotos son muy raros, mientras los
pequeños son muy comunes. En el caso de Hong Kong la sabiduría local sugirió un 'Diseño'aceleración horizontal de 0,08 g. En otras palabras, este nivel de aceleración podría
anticiparse al menos una vez durante la vida útil de una estructura de ingeniería civil. La regla
empírica sugiere que la aceleración 'máximo creíble' es de aproximadamente dos veces el valor
de "diseño". En base a estas pautas muy crudo, la distribución de valores de una utilizada en
estos cálculos se definió por una distribución exponencial truncada con un valor medio de a =
0,08, un máximo de 0,16 y un mínimo de 0 El uso de las distribuciones mostradas, el
modelo RocPlane muestra en la Figura 3 era utilizado, con el muestreo de América Hypercube,
para llevar a cabo 5000 iteraciones en el factor de seguridad.
La distribución de probabilidad resultante se representa en la figura 4. Este histograma da unmedio factor de seguridad de 1,34 con una desviación estándar de 0,23, un mínimo de 0,61 y una
máximo de 2,33. La mejor distribución de ajuste es una distribución beta con la misma media,
desviación estándar, mínimo y máximo.
La probabilidad calculada de fallo se encuentra que es 6,4% y está dada por la relación de la área
bajo la curva de distribución de F <1 (se muestra en rojo en la figura 4) dividido por el total área
bajo la curva de distribución. Esto significa que, para la combinación de pendiente parámetros
de aceleración de geometría, de resistencia al corte, la presión del agua y terremoto
asumido, 64 de 1000 pendientes similares se podía esperar a fallar en algún momento
durante el la vida de la pendiente. Alternativamente, una longitud de 64 m se podía esperar afallar en cada 1000 m de pendiente.
Este es un riesgo razonable de fracaso para las condiciones a corto plazo y un riesgo de esta
magnitud puede ser aceptable en una mina a cielo abierto, con acceso limitado de los mineros
capacitados, e incluso en un camino rural. Sin embargo, a largo plazo, esta probabilidad de fallo
no es aceptable para una región densamente poblada como Kowloon. Como se describe en el
capítulo "Una pendiente problema de estabilidad en Hong Kong ", se tomaron medidas
correctivas para mejorar el tiempo estabilidad a largo plazo de la pendiente y la eficacia de estas
medidas correctivas podrían ser evaluado utilizando las mismas técnicas probabilísticas como se
describe anteriormente.
7/23/2019 Inestabilidad de Tuneles
http://slidepdf.com/reader/full/inestabilidad-de-tuneles 47/47
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de ingeniería
Escuela Académica Profesional De Ingeniera De Minas
46
Conclusiones
Podemos identificar los diferentes tipos de cuñas que se generan en un labor minera,las sin deslizamiento en el techo y las cuñas por deslizamiento que son un peligro para
la actividad minera subetrranea.
Hemos observado dos de las diferentes tipos de sostenimiento para controlar la caída
de cuñas que son los pernos en rocas y e shot creet que son uno de los métodos mas
sofisticados para asegurar una labor minera.
Logramos identificar mediante el software undwedge la formación de cuñas, su factor
de seguridad y como seria posible su contralamiento a un bajo costo.
Referencias bibliograficas
Goodman, R.E., 1989. Introduction to Rock Mechanics. Capítulos 7 (teoríay aplicaciónen túneles) y 8 (aplicación en taludes).
Goodman, R.E., 1995. Block Theory and its applications. Rankine Lectura,Geotechnique,vol. 45, No.3, pp. 383-423.
Hazor , Y. y Goodman , R. E. 1992. Aplicación de la teoría de bloques y la clavefundamental bloquear concepto en construcción de túneles; dos historias de casos. EnProc. Int . Soc . Roca Mech . conf .en macizos rocosos fracturados y articuladas, LakeTahoe , California, 632-639
Tyler, D.B., Trueman , R. T. Pine , R.J. 1991. perno para roca diseño de apoyo utilizandoun método probabilístico de análisis bloque de claves. En la mecánica de la roca comoun ciencia multidisciplinar, (ed . JC Roegiers ) , 1037-1047 . Rotterdam: Balkema.
Tyler, D.B., Trueman , R. y Pine, R. J. 1991. perno para roca diseño de apoyo utilizandoun método probabilístico de análisis bloque de claves. Proc. 32a EE.UU. Symp. RocaMecánica, Norman, Oklahoma, 1037-1047.
Recommended