PERUMIN 31 CONVENCIÓN MINERA ENCUENTRO TECNOLOGÍA E INFORMACIÓN TEMA “APLICACIÓN DEL MÉTODO DE DEFORMACIÓN CONTROLADA EN LA EJECUCIÓN DE LABORES DE AVANCE EN CMHSA”. “APPLICATION OF THE METHOD OF CONTROLLED DEFORMATION PERFORMANCE OF WORK IN PROGRESS IN CMHSA” BLOQUE: OPERACIÓN DE MINAS ING. HANRY GUILLÉN VILCA ASISTENTE SUPERINTENDENTE DE GEOMECÁNICA [email protected] [email protected] [email protected] 1 APLICACIÓN DEL MÉTODO DE DEFORMACIÓN CONTROLADA EN LA EJECUCIÓN DE LABORES DE AVANCE EN CMHSA. “APPLICATION OF THE METHOD OF CONTROLLED DEFORMATION PERFORMANCE OF WORK IN PROGRESS IN CMHSA” AUTOR ING. HANRY GUILLÉN VILCA ASISTENTE SUPERINTENDENTE DE GEOMECÁNICA [email protected] [email protected] RESUMEN Cuando se ejecuta una obra subterránea, uno se encuentra, enfrentándose y teniendo que analizar, interpretar y resolver cual es la mejor “canalización” de las tensiones generadas alrededor de la excavación subterránea, lo que al final determina la integridad y la vida útil de la excavación. Dicho propósito se produce dependiendo de la determinación de las tensiones en juego y de las propiedades resistentes y de deformación del terreno, para lo cual resulta imprescindible conocer: a) El medio en el que van a tener lugar las operaciones; b) La acción ejercida para efectuar la excavación y c) La reacción esperada tras la excavación. Se deduce, por tanto, que la formación de un efecto arco y su posición respecto a la cavidad (de la que sabemos depende la estabilidad de la excavación a corto y largo plazo) está determinada por la calidad y la magnitud de la respuesta de la deformación (cambio de estado de tensiones) del medio a la acción de la excavación (respuesta). En CMHSA en el ejercicio Octubre 2011 a Mayo 2012, se realizaron estudios de: a) DuctibilidadTenacidad, b) Convergencia – Deformación, a fin de entender las propiedades post fisuración del shotcrete y sus efectos en el sostenimiento de una excavación subterránea, lo que resultó una -3 deformación=8.34*10 mts, para agrietamientos menores a 33 mm. Ello posibilitó que a la fecha en CMHSA no se esté utilizando la malla electrosoldada habiéndose incremento los niveles de seguridad (FS=1.58) y mejorado el ritmo de avance hasta un 42%. ABSTRACT When running an underground works, one finds, face and having to analyze, interpret and solve what is the best "channeling" of heightened tensions around the underground excavation, which ultimately determines the integrity and life excavation. That purpose is produced depending on the determination of the stresses involved and resistant properties and ground deformation, which is essential to know: a) The environment in which they will take place operations; b) The action exerted to effect excavation c) The expected reaction after excavation. It follows therefore that the effect formation of an arc and its position relative to the cavity (which depends know excavation stability short and long term) is determined by the quality and magnitude of the response of the deformation (change of state of stress) of the medium to the action of the excavation (response). In CMHSA exercise in October 2011 to May 2012, studies were conducted: a) Ductility, Toughness, b) Convergence - Deformation, akin to understand the properties of shotcrete post cracking and its effects on the sustainability of an underground excavation, which resulting deformation = 8.34 * 10-3 m, for cracks less than 33 mm. 1 This made it possible to date CMHSA not being used the wire mesh having increased levels of safety (FS = 1.58) and improved the growth rate to 42%. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1 CMHSA = Consorcio Minero Horizonte S.A 2 GRÁFICO N° 02 En el seguimiento y evaluación a la ejecución de nuestras labores de AVANCE (SET-11 a OCTUBRE12), se determinó que el ritmo de avance promedio respondía a desviaciones atribuibles al: 1) Proceso de minado: El 74% de la criticidad de los avances se deben a debilidades en las operaciones unitarias de: Sostenimiento, Perforación y Voladura, los mismos que están acompañados de altos niveles de RIESGOS (aplastamiento en el proceso de instalación de malla electrosoldada, sobre excavación y sobre rotura de los frentes), debilidades que se aprecian en el GRÁFICO N° 01 y 03. GRÁFICO N° 01: INCIDENCIA DE LOS CICLOS DE MINADO EN LAS CAUSAS ATRIBUIBLES A BAJOS NIVELES DE AVANCE 100% 100 90% 90 80% 80 70% 70 60% 60 50% 50 40% 40 30% 30 20% INCIDENCIA 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 % 100 90 10 0 0 ENERGÍA DE ABSORCIÓN SHOT. INSTALACIÓN DE MALLA ELECT. RESISTENCIA TEMPRANA SHOT. ESPESOR DE SHOTCRETE FALTA DE DESATADO GRÁFICO N° 02: DESCRIBE LAS CAUSAS RAICES DE DEFICIENCIAS EN EL SOSTENIMIENTO CON SHOTCRETE V.H El número de INCIDENTES generados en el proceso de sostenimiento de labores de avance, determinan que el 38% y 33% que en suma totalizan el 71% de los casos, responden a PERMITIR que el personal efectúe trabajos de instalación de malla electrosoldada dentro de la LÍNEA DE FUEGO de la zona inestable, conforme se describe en la TABLA N° 01: 10 SOSTENIMIENTO PERFORACIÓN VOLADURA LIMPIEZA FALLA EQUIPOS PRIORIZACIÓN 42% 21% 11% 9% 10% 7% 42 63 74 83 93 100 0 GRÁFICO N° 01: DESCRIBE LAS CAUSAS RAICES DEL BAJO NIVEL DE AVANCES EN CMHSA. El GRÁFICO N° 02, muestra que el nivel de criticidad de las labores de desarrollo es atribuible al ciclo de sostenimiento de los frentes de avance con el mayor índice (42%) los que se atribuían a: 1) Niveles bajos 2 de Energía de Absorción del SHFR Joules; 2) Proceso lento de instalación de la malla ; 3) Baja Resistencia a la Compresión 3 Temprana del SHFR 4) Sub dimensionamiento del espesor del shotcretenie y 5) 4 Presencia de agrietamientos o “Craquelamiento” del SHFR debido al sostenimiento inoportuno de las labores (sin tener en cuenta el tiempo de autosoporte) y comportamientos impropios de Post Fisuración del SHFR atribuible a la escasa de densidad de las fibras, etc). Al ser una mina que migró del minado convencional al mecanizado, el segundo ciclo crítico constituyó la perforación y sostenimiento con “Jumbos o bolters” (21%), imputable entre otros al bajo nivel de desempeño de competencias de los operadores de jumbo GRÁFICO N° 03 FACTORES CRÍTICOS DEL SOSTENIMIENTO CON SHFR - MALLA 200 100 180 90 160 80 140 70 120 60 100 50 80 40 60 30 40 20 20 % 0% 100 20 10% CASOS CAUSAS ATRIBUIBLES A BAJOS NIVELES DE AVANCE POR SOSTENIMIENTO 10 0 0 NIVEL ALTO DE EXPOSICIÓN AGRIETAMIENTO TEMPRANO DÉFICIT DE ENERGÍA DE ALTOS ÍNDICES DE REBOTE EN GENERACIÓN DE RÓTULAS AL RIESGO DEL PERSONAL AL DEL SHFR AL COLOCAR LA ABSORCIÓN DEL SHFR-MALLA EL COLOCADO DE LA 2DA. POR LA INSTALACIÓN DE COLOCAR LA MALLA MALLA CAPA "COLAS DE PESCADO" FACTORES CRÍTICOS DE RIESGO GENERACIÓN DE ZONAS OCULTAS DETRÁS DE LA MALLA INCIDENCIA (%) GRÁFICO N° 03: FACTORES RELIEVANTES DEL SOSTENIMIENTO CON MALLA. TABLA N° 01 NATURALEZA DE INCIDENTE ASOCIADO AL SOSTENIMIENTO DE LABORES DE AVANCE Por Desprendimiento de Rocas Cortes Por caída de Personas de otro nivel Por Aplastamiento Por Tránsito TOTAL N° DE EVENTOS POR PERÍODO DE ANÁLISIS 2009 2010 2011 2012 TOTAL 10 5 4 4 3 8 6 2 5 1 4 5 2 2 1 24 18 7 11 4 26 22 11 5 64 2 INCIDENCIA 37.50 28.13 10.94 17.19 6.25 FUENTE: Sistema SCOM ELABORACIÓN: PROPIA 2) Desaprovechamiento de las propiedades post fisuración del SHFR (Ductilidad del SFR).- El nivel de deformación del macizo rocoso es controlado por sistemas de sostenimiento que tengan propiedades favorables de absorción energía para el caso del SHFR en CMH se utilizaban fibras metálicas con relación de forma y dosificación de 20 Kg/m³ que en promedio arrojaron: 2 Propiedades de Ductilidad y Tenacidad del SHFR (Shotcrete Fibro Reforzado) 3 Pruebas tomadas a 1.5 horas posteriores al proceso de lanzado del SFR, cuya restricción fundamental era el ingreso de personal o equipo al frente de trabajo hasta por 3.50 horas posteriores del lanzado. 4 Fisuración progresiva del SHFR a diversas solicitaciones de carga (flexión, corte y torsión) a) Para el sostenimiento del SHFR sin malla una energía de absorción en promedio de 675 Joules con un , y a nivel de edades: 3 GRÁFICO N° 03-D NIVELES DE RESPUESTA DEL SHFR A LA PRUEBA ANCHO DE GRIETAS VS ENERGÍA DE ABSORCIÓN Tal como podemos apreciar en los GRÁFICOS 03-A y GRÁFICO 03-B. 1400 ENERGÍA (Joules) 1200 GRÁFICO N° 03-A ABSORCION DE ENERGIA PROMEDIO 2010 - 2011 1000 800 600 400 200 0 1.10 2.20 3.30 4.40 5.50 6.60 7.70 8.80 9.90 11.00 12.10 13.20 14.30 15.40 16.50 17.60 18.70 19.80 20.90 22.00 23.10 24.20 25.30 26.40 27.50 28.60 29.70 30.80 31.90 33.00 34.10 0 1600 ANCHO DE GRIETAS (mm) 1400 PRUEBA 01 1200 PRUEBA 02 PRUEBA 03 DUPONT - VANDERVALLE Joules 1000 800 600 400 OBJETIVOS 200 0 20 kg/m3 ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO. SET. OCT. NOV. DIC 774 541 606 758 582 693 637 669 723 635 705 777 1. FUENTE: SISTEMA SCOMM - CMHSA ELABORACIÓN: Propia. GRÀFICO N° 03-B 2. TENACIDAD DEL SHOTCRETE (45/35) - DOSIFICACIÓN 20 KG/m³ 28 Días 14 Días 07 Dias 50 45 E(07) = 326 JOULES E(14) = 550 JOULES E(28) = 686 JOULES 40 35 F U 30 E R Z 25 A ( 3. ) K 20 N 15 10 5 30:00 29:15 28:30 27:45 27:00 26:15 25:30 24:45 24:00 23:15 22:30 21:45 21:00 20:15 19:30 18:45 18:00 17:15 16:30 15:45 15:00 14:15 13:30 12:45 12:00 11:15 10:30 09:45 09:00 08:15 07:30 06:45 06:00 05:15 04:30 03:45 03:00 02:15 01:30 00:45 00:00 0 Evaluar el comportamiento tenso-deformacional del macizo rocoso de CMHSA y determinar el nivel de implicancia en el comportamiento del sostenimiento aplicado. Determinar mediante la Curva Característica del Terreno y Curva Característica del Sostenimiento, los tiempos óptimos de instalación del sostenimiento que hagan viable la optimización del ritmo de minado de nuestras labores de avance en CMHSA. Determinar la posibilidad de REGULAR la RIGIDEZ del SOSTENIMIENTO en la zona de avance para averiguar hasta qué punto es factible controlar la respuesta de deformación de la cavidad. DEFORMACIÓN (mm) FUENTE: INFORMES S.I DE GEOMECÁNICA - LABORATORIO CMHSA ELABORACIÓN: PROPIA b) Para sostenimiento con SHFR+Malla, se logró una energía de absorción equivalente a 716 Joules que significa TAN SÓLO un incremento del 5% en relación a las propiedades de ductilidad y tenacidad, para un nivel de agrietamiento de 18 mm, que en relación a los “craquelamientos” o fisuramientos 5 medidos en campo significan el , lo que se puede visualizar en los (GRÁFICO N° 03-C y GRÁFICO N° 03-D), muy por debajo a los planteados en el Modelos propuesto por Dupont y Vandervalle. CONCEPTUALIZACIÓN Y DISEÑO La necesidad de disponer de un sostenimiento en una labor subterránea como Galería y/o Rampa, conlleva a un problema estáticamente indeterminado como resultado de las interacciones CargaDeformaciones que interactúan entre el terreno y el sostenimiento, los mismos que se esquematizan en cuatro secciones significativas (ver ESQUEMA N° 01). GRÀFICO N° 03-C ENSAYO DE TENACIDAD SH(02") + MALLA + SH(01") DOSIFICACIÓN 20 Kg/ m³ 60 50 F U 40 E R Z 30 A ENERGÍA DE ABSORCIÓN E(SHOT+MALLA) =716 JOULES E(SHOT) =678 JOULES ( ) K 20 N 10 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 DEFORMACIÓN (mm) 5 Estos craquelamientos o fisuraciones del SHFR fueron mayores inclusive a la longitud de la fibra en el proceso de post fisuración. ANÁLISIS DE SECCIONES 4 Lejos del frente (sección A-A´) ubicada sobre el futuro contorno teórico de la labor donde actúa la tensión (esta sección aún no se ha deformado), de manera que el desplazamiento radial de los puntos de la sección teórica del túnel es nulo. Próxima al frente (sección B-B´) ya excavada y muy próxima al frente, la tensión P o ha desaparecido y el contorno de la labor ha experimentado un desplazamiento hacia el interior , en tal sentido, debe de existir alguna carga ficticia que permita igualar la deformación ésta relación constituye la denominada presión y desplazamiento dos curvas CC – CF. comunes a las “CURVA CARACTERÍSTICA del TERRENO”. Distancia conservadora al frente (sección C-C´) Aquella zona considerada normal es donde se coloca un determinado sostenimiento (bulones, hormigón proyectado, cimbras, sostenimientos continuos o una combinación de alguno de ellos) que inmediatamente entrará en carga al menos por dos razones: a) El progresivo alejamiento del frente lo que supone la disminución virtual de la carga y por tanto un incremento de deformación radial; b) Las deformaciones diferidas de la roca al transcurrir del tiempo. En primera aproximación el revestimiento reaccionará con una determinada rigidez constante (K) frente a las deformaciones impuestas (ver ESQUEMA N° 02). Para una determinada curva CC el proyectista o constructor puede optar por: 1) La instalación de un sostenimiento muy próximo al frente o lejos de él (ver ESQUEMA N° 03) y 2) Puede también elegir la rigidez del sostenimiento . En principio cuanto más rígido sea un sostenimiento y más próximo al frente se instale, mayor será la presión de equilibrio que ha de soportar y menor el desplazamiento radial o convergencia de la galería o rampa. El requerimiento mínimo de energía (Joules) del sostenimiento a ser aplicado, está en función a determinar cuánto es la energía de distorsión que el terreno es posible que pueda almacenar (joules) una vez excavado, para lo cual aplicamos y evaluamos el criterio de Mohr-Coulomb mediante el siguiente algoritmo. (02) Donde: ; (03) (04) Teniendo en cuenta que dicho sostenimiento se instala una vez que la roca se ha deformado una magnitud , la respuesta del revestimiento se puede escribir: (01) Zona de Equilibrio El desplazamiento Ud corresponde a una determinada presión virtual sobre el túnel Pd, la ecuación N° 01 se denomina CF “Curva de Confinamiento”. Finalmente roca – sostenimiento alcanzarán una posición única de equilibrio (sección D-D´) cuando se alcancen la El Gráfico N° 04, nos muestra en función a los 6 diferentes rangos de profundidad H (mts) y RMR en las que actualmente opera CMHSA, la existencia de una energía mínima requerida por el terreno, en tal razón, al estar las labores de CMHSA a profundidades entre H=400-450mts., la energía de sostenimiento mínima debe ser del orden de los 870 Joules. 6 RMR = Calidad del Macizo Rocoso 5 GRÁFICO N° 04 Rotura de Hoek y Brown en la determinación de la 8 CCT , ilustrado en el GRÁFICO N° 05-A. ENERGÍA DE DISTORSIÓN DEL TERRENO (Joules) VS ALTURA HIDROSTÁTICA (m) Y CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO (RMR) ENERGÍA (Joules) 3000 2500 (05) 2000 1500 1000 Donde: 500 0 300 350 400 450 500 550 600 650 PROFUNDIDAD A LA QUE SE ENCUENTRA LA EXCAVACIÓN (mts) RMR = 25 RMR = 30 RMR = 35 RMR = 40 RMR = 45 = Desplazamiento del terreno a la distancia (d), (mm). = Desplazamiento radial elástico (mm). La diferencia entre el GRÁFICO Nro. 04 y 03-B (870 Joules – 670 Joules) determinó que era imperativo plantear en CMHSA modificaciones a los criterios operacionales de sostenimiento con SHFR. = Relación geométrica. GRÁFICO N° 05 PERFIL DE DEFORMACIÓN LONGITUDINAL Esta hipótesis implicó resolver, ¿cuál era el PUNTO DE EQUILIBRIO ÓPTIMO de instalación del sostenimiento?, para las diferentes condiciones de carga-deformación. Ésta solución analítica del punto de equilibrio, responde al análisis de las variables definidas en ESQUEMA N° 04, cuya resolución mediante la metodología de PANET se muestra como una aplicación en el presente estudio. 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 ZONA 03 3.5 4.0 5.0 5.5 ZONA 04 6.0 7.5 8.0 6.5 ZONA 05 0.00 4.5 5.00 7.0 Desplazamiento Radial Ur / Umr 45.00 Distancia al Frente / Radio de la Labor (X/R) PUNTO DE EQUILIBRIO CCT - CCS CONV=20 mm CONV=25 mm CONV=30 mm CONV=35 mm CONV=40 mm ESQUEMA N° 04 GRÁFICO N° 05-A Determinación del Perfil de Deformación Longitudinal de la labor, A fin de conocer ¿A qué distancia del frente de avance se alcanza la deformación total máxima?, que a su vez es la deformación crítica de sostenimiento en función al tiempo de autosoporte, 7 aplicamos el algoritmo de PANET descrito en Ecuación (02) y evaluado en el GRÁFICO N° 04, los a su vez fueron contrastados con el Criterio de 7 PANET considerando un estado de esfuerzos planos a determinado la presión radial ficticia sobre el perímetro de la excavación para el intervalo , el desplazamiento radial dentro del dominio elástico a cierta distancia d del frente es: ur (d) = λ(x) · ue El GRÁFICO N° 04, nos muestra que la deformación longitudinal tiene tres zonas notorias que en función a la envolvente de falla ilustrada en el GRÁFICO N° 05-A, determinan las siguientes áreas críticas: 8 Curva Característica del Terreno, que según PERNIA es aquella relación entre la variación del esfuerzo radial que actúa sobre un punto del perímetro de la excavación subterránea, en función de la deformación que se produce en ese punto del perímetro de la masa rocosa 6 1) Puntos 2 y 7 (ZONA A) Las tensiones han cambiado y la presión a disminuido por la generación de desplazamiento estando marcadamente muy cercanos a la envolvente de falla. 2) Puntos 3 y 4 (Zona B) Presencia de zona intermedia y próxima a la envolvente de falla. 3) Punto 5 (Zona C) Existencia de interacción del terreno con el sostenimiento, su estado de esfuerzo corresponde a una condición más estable, ya que el esfuerzo vertical disminuye, sin embargo el esfuerzo cortante se hace más pequeño retirándose de la envolvente de falla, momento éste en que se consigue el equilibrio, Los resultados modelados a través de las estaciones de convergencia instalados en CMHSA determinan, los rangos siguientes: Longitud Perno (L) = Espaciamiento Pernos = 2.13 1.50 m. m. Presión natural antes de la excavación (06) Resistencia sin confinar del macizo rocoso (07) Módulo de Young Terreno (E).- Utilizando la (04), tenemos. TABLA N° 01 DISTANCIA "D" DONDE SE OBTIENE LA DEFORMACIÓN TOTAL = 16.73 MPa. TIPO DE ROCA SECCIÓN TÍPICA III IV Desplazamiento radial correspondiente a la parte lineal de la CCT. 3.50 X 3.50 4.50 X 4.50 (08) En la TABLA N° 02, se consolida el nivel de incidencia de la falta de oportunidad de sostenimiento en las labores de desarrollo. TABLA N° 02 mm. Relación de estabilidad de la excavación VS Deformación de la excavación, según Hoek NIVELES DE INCIDENCIA DE LAS LABORES SIN SOSTENIMIENTO OPORTUNO TIPO DE LABOR RAMPAS CRUCEROS RAMPAS BASCULANTES GALERIAS TIEMPO EN HORAS SIN SOPORTE FRECUENCIA HORAS 38% 64.60 27% 44.80 08 A 12 22% 56.25 10% 36.78 AUTOSOPORTE (Hrs) (09) NIVEL DE CRITICIDAD 5 8 6 8 Módulo de Elasticidad Shotcrete Por lo que se hace necesario determinar la deformación óptima admisible para la instalación del sostenimiento correspondiente a través de CCTCCS, por tanto, para la condición más crítica de macizo rocoso de CMHSA, es como sigue: (10) MPa Cálculo de la Rigidez del Shotcrete (11) Parámetros de Diseño: Ancho de la labor Macizo Rocoso (RMR) Módulo de Poisson Resist. Compresión Radio de la Labor Cohesión Profundidad labor Espesor de Shotcrete = = = = = = = = 4.5 x 4.5 m. 35 0.35 28.00 MPa 6.00 m. 0.125 400 m. 0.075 m. MPa Cálculo de la Rigidez del Bulonaje (12) 7 (13) Desplazamiento radial cuando la presión radial es igual a cero: MPa. Además del Esquema N° 01, se puede observar que la Presión de Sostenimiento en el Punto de equilibrio Terreno-Sostenimiento es . (19) Reemplazando valores tenemos: Cálculo de la Presión de Sostenimiento Ps = Presión de sostenimiento del hormigón lanzado + Presión del sostenimiento del Bulón. Partimos de la premisa de que sólo el shotcrete actuará como elemento de sostenimiento. Presión Crítica de tránsito entre la elasticidad y plasticidad (20) (14) Desplazamiento radial en el punto de instalación del sostenimiento Desplazamiento máximo con sólo shotcrete (15) (21) Donde: En el caso de que sólo actuara como elemento de sostenimiento el bulonaje, tenemos: (22) (16) Por tanto, el desplazamiento máximo que soportará el bulón se obtiene cuando: (17) m. m. Cálculo de De lo hallado, se determina que la deformación crítica de diseño será la del shotcrete. Bajo estas condiciones la Presión Máxima de sostenimiento será: (23) m (18) CARACTERIZACIÓN EXPERIMENTAL Determinación del F.S. Comprendiendo los niveles de deformación hallados en las ecuaciones (15) y (17), se hizo necesario 8 determinar ¿cuál era la deformación perimetral del macizo rocoso excavado?, para lo cual planteamos evaluar dicha condición tanto por tipo de labor de avance excava sujeta al tipo de roca dominante. Se instalaron 65 Estaciones de Puntos de 9 Convergencia , cuyos resultados a nivel de deformaciones unitarias diaris reflejaron, lo siguiente: a) Rampa principal=0.18 mm/día; b) Crucero=0.074 mm/día, c) Galería=0.20 mm/día y d) Rampa Basculante=0.17 mm/día, tal como se visualiza en el GRÁFICO N° 06. la pérdida de anclaje entre la fibra y el hormigón, la que estaría en función a la ecuación siguiente: (24) CONTRIBUCIÓN DE LA FIBRA 10 El ACI-544.2 R , establece que la contribución de la Fibra al comportamiento estructural del Hormigón fibroreforzado, viene expresada por el siguiente algoritmo: GRÁFICO N° 06 (25) NIVELES DE DEFORMACIÓN (mm/día) SEGÚN TIPO DE LABOR Y CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO Donde: 0.250 m m / d í a 0.200 B : Valor máximo de carga que admite la fibra, 11 asimismo BARRAGÁN , precisa, que las variables de B están correlacionadas con: 0.150 0.100 0.050 0.000 RAMPA PRINCIPAL CRUCERO GALERÍA RAMPA BASCULANTE RMR =25 -30 0.018 0.074 0.195 0.170 RMR =31 -35 0.012 0.058 0.076 0.170 RMR =36 -40 0.010 0.049 0.053 0.170 La frecuencia de aparición de agrietamientos significativos que son las respuestas post fisuración de SHFR a las diferentes solicitaciones de carga, manifestaron el siguiente comportamiento: a) Rampa Basculante=51 días, b) Galería= 116 días, c) Cruceros=687 días y d) Rampa Principal=550 días. Si asociamos dichos agrietamientos a la vida útil o de servicio de dichas labores concluimos que estos niveles de respuestas del SHFR a nivel global equivale al (50%) de la Vida de servicio de dichas labores. : Es la deformación que se produce al aplicar cierto nivel de carga. C,K, n= : valores asociados al punto de inflexión de la curva. GRÁFICO N° 07 MONITOREO DEL GRADO DE "CRAQUELAMIENTO VISIBLE" DEL SHOTCRETE VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN POR TIPO DE LABOR Y MACIZO ROCOSO (días) 1400 1200 1000 DÍAS 800 47 % 600 41 % 400 200 0 43 % 67 % RAMPA PRINCIPAL CRUCERO GALERÍA RMR =25 -30 550 687 116 RMR =31 -35 664 787 142 88 RMR =36 -40 869 817 168 100 VIDA ÚTIL 1278 996 248 124 -200 RAMPA BASCULANTE 51 GRÁFICO N° 07 : MUESTRA EL PERÍODO EN QUE APRECEN LOS AGRIETAMIENTOS SIGNIFICATIVOS DEL SHOTCRETE. Dichos resultados, determinaron que la solución al problema del sostenimiento con SHFR aplicado en CMHSA, radicaba en interpretar de manera adecuada el comportamiento de la deformación (efecto post fisuración) gobernada por el comportamiento de flexotracción de la fibra que viene acompañada por la fase de descarga que representa 9 La máxima capacidad de carga admisible se obtiene para una deformación unitaria igual a 33 mm que será para CMHSA la mínima admisible, tal como se puede visualizar en el GRÁFICO N° 08, lo que es corroborado con el ESQUEMA N° 05 donde se 10 MEASUREMENT OF PROPERTIES OF FIBER REINFORCED CONCRETE. 11 DRAMIX, BECKAERT (1998) design guidelines for Dramix Steel wire fibre reinforced concrete,dimensión el valor de , cuya investigación pretendió determinar el concepto físico del factor B, el mismo que está relacionado con la cuantía y el tipo de fibra utilizada. Las estaciones de convergencia consistieron en la instalación de 9 puede advertir la gran importancia de cuantificar el factor B en función a la cuantía y tipo de fibra a ser utilizado. 154% (1245 Joules) y 40 Kg/m³=196% (1463 Joules), tal como se ilustra en el GRÁFICO N° 10, cuya interpretación evidencia que el SHFR de CMHSA se ajusta al Modelo DUPONT y VANDERVALLE ilustradas en el GRÁFICO 3-D. GRÁFICO N° 08 GRÁFICO N° 10 GRAFICO FUERZA VS. DEFORMACION - FIBRA METALICA - 20 - 30 y 40kg/m3 DIAGRAMA CARGA-DEFORMACIÓN PARA FIBRAS TRACCIONADAS CON DIFERENTES VALORES DE B 100 DATOS DE ENSAYOS 90 1.- Curvas de Absorcion de Energia a los 28 Dias 120 2.- Energia Requerida para 20 kg =800 Jolule 100 B=10 80 3.- Energia Requerida para 30 kg =1000 Jolule 4.- Energia Requerida para 40 kg =1200 Jolule 70 5.- Energia alcanzada F/M 65/35 20 kg /M3 = 744 Joule 6.- Energia alcanzada F/M 65/35 30 kg /M3 = 1245 Joule 7.- Energia alcanzada F/M 65/35 40 kg /M3 = 1463Joule B=20 CARGA (%) B=40 B=60 B=80 B=100 Fuerza (KN) 80 60 60 50 40 40 30 20 20 10 90 84 78 72 66 60 54 48 42 36 30 24 18 6 12 0 0 DEFORMACIÓN UNITARIA (mm) 0 5 10 15 20 25 30 35 Deformación (mm) F/ M - 65/35 (20KG) F/M - 65/35 (30KG) F/M - 65/35 (40KG) CUANTÍA DE LA FIBRA La función que modela éste comportamiento es de carácter exponencial y está en función directa al factor de forma de la fibra, resultados que responden a la resolución simultánea de los algoritmos siguientes. La descripción del GRÁFICO N° 10 con fines de evaluar el comportamiento estructural del SHFR, determina que la resistencia a la que se produce la primera fisuración responde al comportamiento de la ecuación constitutiva siguiente: (26) (28) 27) GRÁFICO N° 09 Assimismo, las Resistencias Residuales, correspondientes a los estados de fisuras , responden al evaluar el comportamiento de la siguiente ecuación constitutiva. DOSIFICACIÓN DE FIBRA PARA UNA MISMA EFECTIVIDAD (29) 120 100 Resultados que se muestran en el GRÁFICO N°11, en el que se puede apreciar que la primera fisuraestá en anchos de grietas entre 14 a 20 mm, lo que significa que al utilizarse la fibra del tipo HOOKE existe un F.S =1.75, muy superior a los 80 KG/m³ 60 40 20 0 30 40 50 60 65 70 80 RELACIÓN DE FORMA (L/D) FS=1.15 FS=1.15 FS=1.30 simulados en la formulación del diseño. FS=1.45 El GRÁFICO N° 09, nos muestra que la dosificación óptima deberá estar en el rango de y CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL DEL SHFR Las pruebas realizadas a lo largo del período de estudio, demuestran que se logró incrementar la energía de absorción para las diferentes dosificaciones en los rangos siguientes: 30 Kg/m³= 10 GRÁFICO N° 12 GRAFICO N° 11 MONITOREO DEL GRADO DE "CRAQUELAMIENTO VISIBLE" DEL SHOTCRETE VS TIEMPO DE EXPOSICIÓN POR TIPO DE LABOR Y MACIZO ROCOSO (días) ANCHO DE GRIETAS GENERADOS POR CARGA APLICADA 1400 1200 1000 DÍAS 800 Ancho de grietas (mm) 14.000 60 % 600 72 % 400 12.000 200 10.000 0 8.000 6.000 4.000 54 % 78 % RAMPA PRINCIPAL CRUCERO GALERÍA RMR =25 -30 692 777 150 89 RMR =31 -35 844 936 180 107 RMR =36 -40 1168 907 192 105 VIDA ÚTIL 1278 996 248 124 -200 2.000 RAMPA BASCULANTE 0.000 2.6 2.7 2.8 2.8 2.8 3.1 3.3 3.4 3.9 4.1 4.4 f1f (Mpa) CTODo (mm) 3CTODo (mm) 5.5CTODo (mm) 10.5CTODo (mm) ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Producto de la investigación resulta, que: 1) La malla electrosoldada a nivel de sostenimiento conjunto con el SHFR no tiene aporte estructural 12 significativo , por lo que mediante pruebas de campo y validaciones a nivel de laboratorio determinan que para relaciones de aspecto de la fibra , y para dosificaciones de fibra entre 30Kg/m³ y 40 kg/m³, se obtienen energías de absorción entre (Joules), que permiten CONTROLAR LAS DEFORMACIONES DEL MACIZO ROCOSO y así operar la mina de manera eficiente. 2. El Planeamiento de las operaciones unitarias de avance, responden a gestionar de manera adecuada las respuestas de interacción terrenosostenimiento, a través de deformaciones del orden de: Shotcrete = m. 13 Perno de anclaje = , 3. Que, el ancho de agrietamiento del shotcrete evidencie rangos <33mm, que permiten tener un F.S=1.58 significando un decremento en los volúmenes de RESANE de shotcrete del orden del 34%. GRÁFICO N° 12 : EL INCREMENTO DEL TIEMPO DE APARICIÓN DEL CRAQUELAMIENTO, LO QUE SIGNIFICA MEJOR CALIDAD DEL SHOTCRETE Y MAYOR VIDA ÚTIL DEL MISMO 4. Que, es factible realizar labores de minado en avance controlando la deformación del macizosostenimiento, y para CMHSA el Punto de equilibrio significa , Para un tiempo de autosporte , evaluado bajo el concepto de la ecuación (21). 5. En la actualidad el índice de consumo de malla electrosoldada para todas nuestras operaciones de avance haya disminuido en su totalidad. 6. El índice de productividad (mts/día) signifique un incremento del orden del 42% añadido a ello, los índices de frecuencia y severidad atribuidos al sostenimiento hayan disminuido ostensiblemente en CMHSA. 7. Es factible controlar la RIGIDEZ del sostenimiento, mediante la colocación de dos capas de shotcrete: a) Primera Capa con RIGIDEZ mayor, b) Segunda Capa con RIGIDEZ menor, estando ésta a una distancia del tope de la labor, congruente con lo descrito en el GRÁFICO N° 05-A. PANEL FOTOGRÁFICO FOTO N° 01 Se puede observar que ya no se utiliza en las intersecciones la malla electrosoldada. 12 Entiéndase que su aplicación responde al contexto de operaciones de CMHSA. 13 Pernos HYDRABOLT 11 FOTO N° 02 FOTO N° 04 Grandes labores de avance sostenidas con SHFR en las intersecciones se aplica doble capa= Primera de 02 pulg y la Segunda una capa de 01 pulg, se refuerza con Pernos HYDRABOLT de 07 pies. Ahora se utiliza equipos de mayor tonelaje para el carguío y extracción de mineral, así como para la supervisión se cuenta con movilidad adecuada. LISTADO DE VARIABLES FOTO N° 03 : Desplazamiento radial a la distancia d (m) La utilización de equipos de sostenimiento de última generación MIXER y ROBOT fabricados en CMHSA, note la ulización de precintos como elemento de control para la aplicación de la segunda capa de shotcrete. : Carga Litoestátiva (MPa). : Relación de esfuerzo vertical/horizontal. : Esfuerzo vertical (m). E : Módulo de Young (MPa). RMR : Rock Massing Rating. : Esfuerzo a la compresión (Mpa). : Relación unitaria de deformación. 12 : Relación geométrica. : Cuantía de la fibra (%). : Relación de forma de la fibra. : Primera fisuración del SHFR (mm). : Ancho de Fisuramiento (mm). : Tensión de Corte terreno (MPa). CTOD : Nivel de Fisuramiento (mm). BIBLIOGRAFÍA 1. HOEK y BROWN “EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS EN ROCA” Mc GRAW HILL 1985. 2. BARROS J.A.O., FIGUEIRAS J. A. “Flexural behavior of SFRC: Testing and modeling “Journal of materials in Civil Engineering”, November 1999, vol 11, Isuue 4, pp 331-339. 3. 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