Fortificación de Galerías Usano Pernos de Anclaje y Shotcrete.

Introducción

En un contexto general, el planificar y diseñar trabajos y excavaciones para la construcción de túneles y galerías en la minería subterránea equivale a determinar el tipo de fortificación necesaria para sostener estas construcciones.

La amplia gama de las diferentes alternativas de sostenimiento subterráneo pueden ir desde la prescindencia de la fortificación hasta amplias excavaciones que requieren de materiales de gran envergadura, como por ejemplo el concreto armado.

Dentro de estos 2 extremos se encuentra todas las opciones de apuntalar excavaciones o mejor dicho, asegurar estas excavaciones que se utilizan en la amplia red de lo que es la minería subterránea.

Como todo proceso dentro de una industria, siempre se tiende a la búsqueda de la evolución, eficiencia y seguridad de estos procesos, y si hablamos de procesos mineros, esto puede ir desde las materia primas que se utilizan, hasta las maquinarias; y la fortificación no es una excepción, ya que sobretodo se centra en la seguridad de estas excavaciones, tanto para mantener la producción sin variaciones como la seguridad de las personas que operan dentro de la faena.

Esta evolución se hace notoria si nos remontamos a la minería hace muchos años atrás, donde las excavaciones no eran aseguradas, pero fueron evolucionando, hasta lo que hoy se conoce y de lo que se hablara en el presente documento, la cual se refiere a dos    de los métodos de fortificación más importantes que son utilizados: los pernos de anclaje y el shotcrete u hormigón proyectado.

En este documento, se hablara de los aspectos básicos fundamentales de estos dos métodos de fortificación, desde sus tipos, pasando por los equipos que se utilizan para su instalación, sus aplicaciones hasta los costos, entre otras características de estos métodos.

Fortificación con pernos de anclaje.

La minería subterránea ha buscado por varios periodos un sistema más económico y mejor adaptado a las grandes fuerzas de las rocas. Es así como el sostenimiento mediante el apernado ha dado la respuesta a estos requerimientos. Los pernos se unen al terreno, lo refuerzan y van en contra de su desunión.

Así, el principal objetivo en la planificación de estas apernaciones es ayudar al cuerpo rocoso para su auto soporte, formando parte del entorno rocoso.

En los últimos tiempos, la aplicación del apernado ha evolucionado gracias a los avances de nuevos conocimientos dentro de la mecánica de rocas y el aumento del uso de refuerzos en las faenas subterráneas. Además el desarrollo ha ayudado a masificar el uso de este tipo de fortificación. Existe grandes razones por lo cual se aconseja el uso de pernos, como las siguientes:

• Versatilidad, puede ser usado bajo cualquier geometría de galería.
• Relativamente de bajo costo.
• La instalación puede ser mecanizada.
• El transporte y la instalación es de manera simple.
• Insensible a los efectos de proyección de tronaduras.

Después del proceso de tronadura, la instalación del apernado es vital bajo la visión de la mecánica de rocas.

Aparte, una ventaja adicional es que el apernado puede ser combinado fácilmente con otros sistemas de fortificación, como la malla de acero o el shotcrete.

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Fortificación a través de pernos de anclaje y malla metálica.

Para una buena instalación, se debe de seguir los pasos básicos como siguen a continuación:

1. Antes de la excavación.

• Investigación del terreno: elegir el sistema de apernado.
• Requerimientos de la excavación: planificación y diseño inicial.
• Historial de los sucesos: elección del sistema de monitoreo.

1. Durante la excavación.

• Investigación detallada del terreno.
• Instalación del sistema de apernado: revisión de la experiencia y análisis del diseño del apernado.

1. Después de la excavación.

• Monitoreo del sistema de apernado a largo plazo.

Tipos de sistemas de apernado.

Los siguientes sistemas muestran entre ellos diferencias marginales de diseños y son simplemente variedades de la misma definición. Estos se pueden agrupar en los siguientes tipos o clases:

• Pernos de anclaje mecánico.
• Pernos de anclaje cementado.
• Cables de acero cementados.
• Pernos de fricción.

1. Pernos de anclaje mecánico.

Este tipo de perno tiene la característica de fijarse solo en el fondo del barreno y esta unido a la roca en un solo punto o área limitada a un collar de contacto. Estos se dividen además en:

• Dispositivo de expansión con ranura y cuña.
• Dispositivo de expansión de cono y envolvente

[pic 2]

La expansión de la envolvente de fierro se genera por la rotación del perno y la inclusión del cono y esta se aprieta fuertemente contra la pared de la perforación.

Este tipo de sistema de pernos de anclaje mecánico esta diseñado mayoritariamente para rocas de dureza mediana o alta. Pero para rocas de dureza muy alta  no resulta aconsejable usarlas ya que esta propiedad de dureza evitara la expansión y agarre de la envolvente en la caja del barreno.

Ventajas de los pernos de anclaje mecánico.

• Relativamente económico.
• Entrega inmediata de sujeción después de instalado.

Desventajas de los pernos de anclaje mecánico.

• Su acción en el tiempo puede verse modificada por la corrosión del metal.
• Es de uso limitado, la cual solo es recomendado para rocas de dureza mediana y alta.
• De difícil instalación.
• Debe ser monitoreado después de su instalación.
• Pierde capacidad debido a tronaduras cercanas o cuando la roca es fracturada alrededor de la zona de expansión.

[pic 3]

Instalación de pernos de anclaje mecánico.

Para colocarlos deben llegar hasta terminar la perforación, cuando la plancha tenga contacto con la superficie de la caja. En el caso de los pernos con dispositivos de expansión cono/envolvente debe girarse la tuerca hasta alcanzar un torque requerido. Se recomienda aplicar torques entre 135 a 140 Nm.

Distinto resulta el caso del perno con dispositivo de expansión por ranura y cuña, ya que su capacidad final de soporte estará determinada por la presión de los impactos efectuados por la perforadora o martillo neumático. La efectividad del perno de expansión radicara en el agarre de las cuñas o envolventes dentro de la perforación.

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