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1. Marco referencial
I. Titilo:
Optimización en el sostenimiento del macizo rocoso con placas
esquinadas para pernos de roca hydrabolt – Volcan Compañía Minera
s.a.a.
II. Responsables:
Vega ochoa erick Darwin
III. Ámbito geográfico
Volcan Compañía Minera es una empresa minera polimetálica y uno de los mayores
productores de zinc, plomo y plata en el mundo. La Compañía está considerada
como uno de los productores de menor costo en la industria debido a la calidad de
sus depósitos de mineral.
Volcan inició sus operaciones en 1943 en las alturas del abra de Ticlio. Todas las
operaciones se encuentran en la Sierra Central de Perú e incluye las unidades
operativas Yauli, Chungar, Alpamarca y Cerro de Pasco. Estas cuatro unidades
operativas incluyen en total diez minas, siete plantas concentradoras y una planta
de lixiviación.
2
UNIDAD CHUNGAR
La UEA Chungar se encuentra ubicada en el departamento de Pasco, a 342
kilómetros al este de Lima. Está conformada por dos minas subterráneas, Animón e
Islay, y una planta concentradora cuya capacidad de tratamiento diario durante el
2013 fue de 5,320 TPD en promedio. El tratamiento en la planta Animón durante el
2013 fue de 1,827 mil toneladas de mineral de cabeza, con leyes de 6.00% Zn,
1.71% Pb, 0.17 % Cu y 4.70 oz Ag/TM, lo que representó el 29% del mineral tratado
de Volcan consolidado.
1) UBICACIÓN:
La mina Animón es propiedad de Empresa Administradora Chungar S.A.C. y esta
ubicada en el flanco oriental de la cordillera occidental, geomorfológicamente
dentro de la superficie puna en un ambiente glaciar, y la zona presenta un clima
frígido y seco típico de puna, la vegetación son pastos conocido como “ichus”;
Políticamente se ubica en el distrito de Huayllay .
Coordenadas UTM.:
P.P: ANIMON
N: 8’780,728
E: 344,654
La altitud de la mina se encuentra en 4,600 m.s.n.m., dentro de la hoja 23-K -
Ondores.
2) ACCESIBILIDAD:
La mina Animón es accesible por tres vías:
RUTA Distancia(Km.) Tiempo
(hrs.)
1 Lima - Oroya - C. de Pasco - Animon 328 6
2 Lima - Huaral - Animon 225 4
3 Lima - Canta - Animon 219 4
El acceso a la mina es a través de la vía terrestres las tres rutas.
3
4
El acceso a la mina a través de la ruta № 1, es el principal acceso y es por la
carretera central Lima - Oroya - Cruze de Villa de Pasco –U.E.A Chungar:
haciendo un total de 328 km de carretera asfaltada; ya que es la más
transitada por diferentes motivos (comercio, turismo, etc.).
El acceso a la mina a través de las rutas № 2 y 3, tiene un 30% de vía asfaltada
y 70% en carretera afirmada, ya que recién se está haciendo los trabajos
civiles por esos tramos.
5
3) CLIMA Y VEGETACION
La zona presenta un clima frígido y seco, típico de Puna, con temperaturas de: 3 – 4° C
bajo cero, entre los meses de Enero y marzo se presentan precipitaciones pluviales y
el resto del año es seco con presencia de heladas entre Abril – Junio.
La vegetación en la zona es muy escasa debido al clima frígido, también se puede
decir que la vegetación es casi escasa porque la mayor parte existen pocos lugares en
los que se encuentra material aluvial favorables a la vegetación.
La vegetación de la zona es típica de la región puna y cordillera, y consta así en su
totalidad de pastos ICHUS y pastos SILVESTRES.
GEOMORFOLOGIA
Se halla ubicada dentro de la superficie puna, en un ambiente glaciar, con superficies
suaves y altitudes desde 4,200 m.s.n.m.; la Mina esta a 4,600 m.s.n.m.
4) RECURSOS NATURALES
La zona cuenta con un recurso vital primario, como es el agua ya que se toma
directamente de las Lagunas: Llacsacocha, Naticocha y Huaroncocha; que nos sirve
tanto para las actividades mineras como para el consumo domestico.
La zona no cuenta con otros recursos vitales primarios, por lo que los centros de
abastecimiento de material y otros productos son: Lima, Cerro de Pasco, Huancayo,
Huanuco, Oroya y las demás ciudades colindantes; los cuales afortunadamente están
unidos por carreteras y Ferrocarril.
5) HISTORIA
Por el año 1913 el Sr. Mateo Galjuf observa un afloramiento oxidado potente al borde
este de la laguna Naticocha que viene a ser la continuación de la Veta Restauradora
que es propiedad de Huarón y se prolonga hacia el oeste por debajo de la laguna
Naticocha; al encontrarse libre esta área la denuncia y toma posesión de la concesión
el mismo año, con el nombre de Montenegro.
Por el año 1936 el Sr. Galuf inicia una labor de reconocimiento de 50 metros al este
sobre la cota 4,610 m.s.n.m. sobre este afloramiento al que denomina como veta
6
Principal. Desde el año 1939 a 1947 existieron problemas limítrofes hacia el este con
la concesión Restauradora propiedad de Cía. Minera Huarón, durante ese lapso
Huarón sustrajo ilícitamente por el sistema de “glory hole” aproximadamente 50,000
T.M.S. desde el Nv. 400 hasta el Nv. 605, en un tramo de 50 metros al oeste del límite
de Restauradora. Desde 1947 a 1956 existió un litigio administrativo y judicial por la
sustracción indebida por parte de Huarón.
A partir de 1960 se inicia la construcción del pique Montenegro que profundiza hasta
el año 1966 al nivel 420, a partir de este año se inicia un desarrollo agresivo de la veta
Principal en los niveles 575, 540, 500 y 465 hasta el año 1970; a partir de ese año
hasta el año 1982 se trabaja un 30% la zona de Montenegro y un 70% áreas
arrendadas de Huarón y Centromin en las concesiones de Bellavista, Demasia Elena,
CPH 18, CPH19 y CPH 58.
A partir de 1983 se dio mayor impulso al desarrollo, exploración, preparación y
explotación de la Veta Principal y otras estructuras menores: habiéndose extraído a la
fecha desde el Nv. 310 a Nv. 540 aproximadamente 1’500,000 TMS de mineral
distribuidos de la siguiente manera:
La producción diaria de la mina antes del desastre natural del 23 de abril de 1998 fue
de 400 TMS diarias. A mediados del año 1997 se compraron las concesiones de
Centromín C.P.H. 18, 19, 58 y Ranita; y en Set. del 2000 se compraron concesiones de
Huarón que han permitido aumentar el potencial y vida de Animón.
6) GEOLOGÍA REGIONAL
Las Unidades litoestraligráficas que afloran en la región minera de Animón-Huarón
están constituidos por sedimentitas de ambiente terrestre de tipo “molasico”
conocidos como “Capas Rojas”, rocas volcánicas andesíticas y dacíticas con plutones
hipabisales.
En la región abunda las “Capas Rojas” pertenecientes al Grupo Casapalca que se
encuentra ampliamente distribuida a lo largo de la Cordillera Occidental desde la
divisoria continental hacia el este y está constituido por areniscas arcillitas y margas
de coloración rojiza ó verde en estratos delgados con algunos lechos de
7
conglomerados y esporádicos horizontes lenticulares de calizas grises, se estima un
grosor de 2,385 metros datan al cretáceo superior terciario inferior (Eoceno).
En forma discordante a las “Capas Rojas” y otras unidades litológicas del cretáceo se
tiene una secuencia de rocas volcánicas con grosores variables constituido por una
serie de derrames lávicos y piroclastos mayormente andesíticos, dacíticos y riolíticos
pertenecientes al Grupo Calipuy que a menudo muestran una pseudoestratificación
subhorizontal en forma de bancos medianos a gruesos con colores variados de gris,
verde y morados. Localmente tienen intercalaciones de areniscas, lutitas y calizas
muy silicificadas que podrían corresponder a una interdigitación con algunos
horizontes del Grupo Casapalca. Datan al cretáceo superior-terciario inferior
(Mioceno) y se le ubica al Suroeste de la mina Animón.
Regionalmente ocurre una peneplanización y depósitos de rocas volcánicas ácidas
tipo “ignimbritas” tobas y aglomerados de composición riolítica que posteriormente
han dado lugar a figuras “caprichosas” producto de una “meteorización diferencial”
conocida como “Bosque de Rocas” datan al plioceno.
Completan el Marco Geológico-geomorfológico una posterior erosión glaciar en el
pleistoceno que fue muy importante en la región siendo el rasgo más elocuente de la
actividad glaciar la creación de grandes cantidades de lagunas.
7) GEOLOGÍA LOCAL
El yacimiento de Animón litológicamente está conformado por sedimentitas que
reflejan un periodo de emersión y una intensa denudación. Las “Capas Rojas” del
Grupo Casapalca presentan dos ciclos de sedimentación: El ciclo más antiguo es el
más potente con 1,400 a 1,500 metros de grosor y el ciclo más joven tiene una
potencia de 800 a 900 metros. Cada ciclo en su parte inferior se caracteriza por la
abundancia de conglomerados y areniscas, en su parte superior contienen horizontes
de chert, yeso y piroclásticos. La gradación de los clastos y su orientación indican que
los materiales han venido del Este, probablemente de la zona actualmente ocupada
por la Cordillera Oriental de los Andes.
8
En el distrito minero de distinguen dos formaciones bien marcadas: Formación
Inferior y Formación Superior.
8) GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
a) PLEGAMIENTO
Por acción de la Orogénesis Incaica, por esfuerzos compresivos Este-Oeste, los
sedimentos preterciarios y terciarios han sido fuertemente plegados en estructuras
que se orientan en forma regional al N 25° w. La manifestación tectónica principal de
la zona es el anticlinal de Huarón, cuyas características son las siguientes:
1. Es un pliegue asimétrico, con el flanco oriental de mayor buzamiento 50°-60°E
que el occidental 35°-42°W.
2. El plano axial se orienta al N 20°-30°W y se inclina al oeste.
3. El plano axial presenta en la parte central del distrito una suave convexidad
hacia el este.
4. El eje del anticlinal presenta doble hundimiento; la parte norte se hunde 15°-
20° al Norte y la parte Sur 5° a 8° al Sur.
Las dimensiones de la estructura son de 20 Km. a lo largo de la zona axial longitudinal
y 6 Km. a lo largo de la zona axial transversal (se toma como horizonte guía el techo
del chert Córdova). A 3.5 Km. al oeste del anticlinal de Huarón se ubica el sinclinal de
Quimacocha cuyo plano axial es paralelo al anticlinal de Huarón. La geometría del
anticlinal de doble hundimiento implica que la estructura ha sido originada por una
deformación dómica en respuesta a fuerzas tectónicas dirigidas hacia el Este y hacia
arriba, la resultante mayor orientada a N65°E fue aplicada en la parte central del
distrito y la resultante intermedia fue dirigida hacia arriba.
La ausencia de fracturas pre-intrusivas tensionales y de cizallamiento indican que la
deformación del anticlinal se efectuó dentro de los limites elásticos específicos que
caracterizan a las unidades litológicas, por lo tanto la acumulación de una enorme
energía, en estado latente dentro de la estructura fue el efecto concomitante a la
acción de los esfuerzos de compresión en épocas preintrusivas. Posterior al depósito
de los piroclástos de Huayllay y en épocas post-minerales se registró un plegamiento
9
adicional de poca intensidad (plegamiento Quichuano) que ha producido suaves
ondulaciones en la formación Huayllay.
b) INTRUSIVO
El relajamiento de las fuerzas tectónicas compresionales preintrusivas y la acción
del rebote elástico concentrado a lo largo de la zona axial longitudinal y de la zona
axial transversal (parte convexa del anticlinal flexionado) originaron zonas de tensión
ó de debilidad a lo largo de los cuales se produjeron rupturas en el anticlinal. Estas
fracturas sirvieron posteriormente de canales de circulación y de precipitación de los
fluidos ígneos de composición monzonítica cuarcífera y se formaron los diques
axiales longitudinales y transversales. Los diques axiales longitudinales se presentan
como un enjambre de 6 diques dentro de un cuerpo lenticular, cuya parte más ancha
tiene 1.4 Km. y se orienta al N 25° w. Esta parte se adelgaza progresivamente en su
recorrido de 3 Km. al norte y de 5 Km. hacia el Sur. Los diques axiales longitudinales
muestran una duplicación en los afloramientos debido a la acción de fallas normales
de edad post intrusiva y premineral, las cuales se originaron durante el movimiento
de ascensión de la parte central del anticlinal de doble hundimiento (ver sección
transversal). El ancho de los diques longitudinales en superficie y en la parte central
alcanza hasta 350 metros, en profundidad tienden a adelgazarse y a buzar 85°-88° al
oeste. Los diques axiales transversales intruyen la parte oriental del anticlinal. En esta
zona se observan 3 diques orientados en dirección E-W y N 85°W distribuidos en una
zona de 300 metros de ancho.
c) FRACTURAMIENTO
En épocas posteriores el emplazamiento de los diques axiales, el anticlinal de
Huarón fue nuevamente comprimido por fuerzas dómicas cuya principal resultante
fue orientada al S 80° E y hacia arriba. Estas fuerzas sobrepasaron el límite elástico de
las formaciones litológicas y dieron origen al fracturamiento transversal y
longitudinal del anticlinal y al desplazamiento ascensional de la parte central del
distrito.
El fracturamiento se realizó mediante dos conjuntos de fracturas preminerales: El
conjunto transversal orientada en dirección E-W: y el conjunto longitudinal orientada
en la dirección N-S. El primer conjunto se caracteriza por presentar 2 sistemas de
10
fracturas que tienden a converger en profundidad. Al primer sistema que buza 70°-
80° al norte y se localiza en la parte media y sur del distrito, pertenecen una gran
cantidad de fracturas, entre las que se encuentran las fracturas inversas
mineralizadas de Andalucia, Restauradora (Principal), Cometa, Elena, Yanamina,
Travieso, Alianza y Yanacrestón.
Al segundo sistema que buza 80°-90° al sur y se localiza en la parte norte
pertenecen pocas fracturas entre los que se encuentran las fracturas inversas
mineralizadas a Shiusha Norte, Mechita, Shiusha Sur, Pozo D y Patrik; en cambio hacia
la parte suroeste (Quimacocha) se tiene mayor número de fracturas inversas
mineralizadas que buza 55°-65° al sur como: Precaución, Cabrillas, Veta 15, Veta 16.
Mayormente debido a que las fuerzas de comprensión Este-Oeste formadores del
anticlinal de Huarón ocasionarán fallas longitudinales al eje del anticlinal y luego una
gran ruptura en (x) equis de cizalla, con dos fallas Naticocha-Llacsacocha y Cometa-
Huaychao en diferentes edades cada uno que han dividido en cuatro partes el
anticlinal de Huarón cada uno con minerales característicos.
El conjunto de fracturas orientados en dirección Norte-Sur que buzan 40°-55° al oeste
y se localizan en la parte W del distrito, se caracterizan por ser fracturas preminerales
concordantes con la estratificación. Entre estos se tienen a las fracturas mineralizadas
de Fastidiosa, San Narciso y Constancia. El bloque central del distrito, limitado por las
fracturas extremas Pozo D. Shiusha, Fastidiosa y Restauradora, ha sido elevado por
desplazamientos horsticos unos 600-700 metros con referencia a la parte estable de
la zona Norte. Aunque el desplazamiento total se distribuye en varias fracturas, el
desplazamiento relativo entre las paredes de cada fractura es de bastante magnitud;
lo cual produce una situación de favorabilidad para la extensión y persistencia tanto
lateral como en profundidad del fracturamiento pre-mineral.
11
2. El problema
Las placas son elementos complementarios y esenciales de los pernos de rocas,
además que sirven para aumentar su radio de acción para sostener bloques de roca
inestable. Es así que no se conoce las propiedades mecánicas y de sostenimiento de
las placas para pernos de roca hydrabolt. Actualmente no se cuenta con la
información de los distintos tipos, tamaños y formas de las placas para pernos de
roca hydrabolt del mismo modo esta variedad de tamaños y formas de placas
presentan un límite elástico, además de sus deformaciones correspondientes a las
cargas máximas en distintas partes de la placa que aun no se conoce.
Las Placas para Pernos de Roca Hydrabolt vienen operando sin determinar sus
propiedades mecánicas y de sostenimiento, por lo cual un inadecuado uso de las
Placas para Pernos de Roca Hydrabolt originaria una ruptura violenta, que puede
traducirse en un colapso que disminuirán la confiabilidad y seguridad en su uso y por
tanto la eficiencia será menor, si no se toman en cuenta las propiedades que poseen
estas placas entonces seguirá originando un trabajo nefasto.
La importancia de la evaluación de las condiciones de las propiedades mecánicas y de
sostenimiento de las placas para pernos de roca hydrabolt no es un papel
determinante en el proceso de brindar un adecuado control de la inestabilidad
subterránea además Cuáles deben ser las Características necesarias de las placas
para los pernos Hydrabolt , considerando que dichos pernos trabajan radialmente a
su eje. Es decir, la robustez de las placas podría ser más importante en pernos que
actúan por tensión, como las barras y cables, donde las cargas actúan directamente
sobre estas, en ese entender los tres tipos de pruebas de las placas, compresión y
tracción en el centro de la placa, y tracción en las orejas hasta que punto presentara
una deformación.
12
I. Formulación del problema
PROBLEMA GENERAL
¿Cómo se lograra la optimización en la aplicación de las Placas para Pernos de Roca
Hydrabolt según sus propiedades mecánicas y de sostenimiento?
PROBLEMAS ESPECÍFICOS
1. ¿Cómo incide las fuerzas que se aplican en las placas o planchuelas esquinadas
y refiladas para Pernos de Roca Hydrabolt?
2. ¿Qué placa es adecuado según sus propiedades para Pernos de Roca
Hydrabolt?
II. Objetivos
OBJETIVO GENERAL
Determinar las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas para pernos
Hydrabolts.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Determinar el comportamiento mecánico (rigidez y ductilidad) de las placas
esquinadas y las placas refiladas para pernos Hydrabolts
2. Comparar las placas que más se deforman por compresión y tracción y las que
menos se deforman por compresión y tracción central.
13
III. Justificación del estudio
El presente trabajo de investigación ejecutado en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA en la
UNIDAD CHUNGAR que se encuentra ubicada en el departamento de PASCO, para
establecer las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas o planchuelas
para los pernos de roca Hydrabolt. Se justifica en la medida de que se da solución al
problema debido a que Actualmente, existe una diversidad de elementos de
sostenimiento de rocas en el mercado, todos ellos orientados en garantizar la
seguridad, economía y/o operatividad de una excavación mejorando las condiciones
de trabajo consecuentemente minimizando los accidentes en mina.
La aplicación práctica de este trabajo viene a ser el adecuado y oportuno
sostenimiento de macizos rocosos en excavaciones para evitar los desprendimientos
y derrumbes, siguiendo las recomendaciones del departamento de geomecánica, área
encargada de analizar la calidad del macizo rocoso (clase de roca) y determinar el
tipo de sostenimiento y su dimensionamiento. Dentro de ello, los pernos de roca
hydrabolt, son los elementos de sostenimiento de mayor importancia en la minería
subterránea.
Es de destacar que no es conveniente que las placas sean muy rígidas, dado que al ir
aumentando la tensión en el macizo, no será notorio hasta que se produzca una
ruptura violenta, que puede traducirse en un colapso. Por el contrario, en una placa
dúctil, será notorio el incremento de tensión, lo cual posibilitará tomar las previsiones
de mantenimiento o reforzamiento preventivo del área tensionada
IV. Alcances
La mina Chungar está situada en la parte Central de la Cordillera de los Andes del
Perú, En Chungar la roca es muy “incompetente”, de acuerdo a las evaluaciones
geomecánicas, se presentan rocas de muy mala calidad, lo que hace que nuestra
principal preocupación sea el riesgo de caída de rocas, derrumbes y / o
asentamientos de gran magnitud.
Las condiciones climáticas y de la roca harían pensar que la explotación sería una
tarea de difícil proceder, pero el empleo de de las placas o planchuelas para los
pernos de roca Hydrabolt la hace en realidad más fácil. Antes del 2005, la mina
14
utilizaba pernos mecánicos, pernos de fricción y/o barras instaladas con resina o
cemento como soporte de roca.
Chungar cambió a pernos Hydrabolt. Desde entonces, se viene usando exclusivamente
este elemento, para asegurar la calidad constante del empernado de roca
permitiéndonos incrementar la producción. Se dice en nuestro ambiente minero
3. El marco teórico
I. Antecedentes del problema
1) ANTECEDENTES DE LAS INVESTIGACIÓN
 TITULO DE LA TESIS : APLICACIONDEL SISTEMA DE REFUERZO DE ROCA ENSHRINKAGE ENLA MINA
MOROCOCHA – CENTROMINPERU S.A”
 UNIVERSIDAD : UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDESCARRIÓN - CERRO DE PASCO PERÚ
 AUTOR: CARLOSLUISCOLQUI HUAMAN
 PROBLEMA GENERAL: COMO ESEL USO DE LOS PERNOSDE ANCLAJE EN LOSTAJEOSSHRINKAGE Y SU
APLICABILIDAD
 PRIMERA CONCLUSIÓN: ESNECESARIO Y FUNDAMENTAL EL TENER CONOCIMIENTO DE TODASLAS
CONDICIONESDEL TERRENO, PARA LA APLICACIÓNDE LOSPERNOSDE ANCLAJE.
2) MARCOLEGAL
I. Constitución Política del Perú.
II. Ley Universitaria Nº 23733.
III. Estatuto de la UNSAAC.
IV. Ley del Procedimiento Administrativo General N ° 27444
V. Ley del Silencio Administrativo, Ley N ° 29060
VI. Reglamento para Optar al Título Profesional de Licenciado o su
equivalente, aprobado por Resolución Nro. CU-158-92 y modificado por
Resolución Nro. CU-322-2000.
VII. Resolución Nro. CU-276-2004-UNSAAC, de 29 de diciembre de 2004,
que aprueba las tasas de retribución económica en Cursos de
Profesionalización en la UNSAAC y sus modificatorias
VIII. Resolución Nro. CU-0220-2007-UNSAAC, de 15 de octubre de 2007,
que aprueba uniformizar reglamentos para el cumplimiento de la Ley
del Silencio Administrativo y la Elaboración de TUPA Institucional.
15
3) BASES TEÓRICAS
II. Bases teóricas
1) INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación se desarrolló como una inquietud para establecer
las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas o planchuelas para los
[PERNOS DE ROCA HYDRABOLT]. Para cumplir con los objetivos del estudio, se
estableció hacer pruebas de laboratorio al menos con 2 tipos de placas. Para contar
con el material en estudio, se contó con la colaboración de Volcan Compañía Minera y
New Concept Mining, las que proporcionaron, cada una, un tipo diferente de placas.
Las pruebas de compresión y tracción se llevaron a cabo en el Laboratorio de
Materiales de la PUCP, usando para ello la prensa hidráulica marca Zwick / Roell,
modelo SP 600, que tiene una capacidad de carga de hasta 600 KN (60 TM).
Por las características de las placas, se estableció realizar 3 tipos de pruebas:
compresión y tracción en el centro y en la oreja solamente tracción. Por cada tipo de
prueba, se ensayaron 5 muestras, que totalizaron 30 ensayos.
Todas las pruebas fueron destructivas, de las que la PUCP reportó el límite elástico, la
carga máxima y el gráfico carga-deformación de la zona afectada, y, en algunos casos,
solo la carga máxima. A fin de procesar con mayor detalle y que los resultados
permitan hacer los análisis de las propiedades mecánicas de las placas, fue necesario
interpolar puntos utilizando el Autocad, con cuyos resultados ha sido posible obtener
todos los gráficos que se presentan en este informe.
Los resultados indican que las placas que menos se deforman debido a cargas
compresivas y de tracción son las placas esquinadas. Y la que sufre mayor
deformación por la tracción en las orejas son las placas refiladas.
Calibrando las placas deformadas y comparando con sus medidas originales en sus 3
dimensiones, se determinó que las placas refiladas son las que sufren mayor
deformación, es decir, son más dúctiles.
2) ASPECTOS GENERALES
16
2.1. Placas para pernos de roca
Las placas o planchuelas son elementos complementarios y esenciales de los pernos
de roca que sirven para aumentar su radio de acción para sostener bloques de roca
inestables. Asimismo, sirven para sujetar otros elementos de sostenimiento como las
mallas y cables instalados en terrenos deleznables. Existen distintos tipos, tamaños y
formas.
Las formas pueden ser cuadradas, circulares, refiladas en su borde. Del mismo modo,
pueden tener o no protuberancia, la que a su vez puede ser tipo domo, piramidal,
elíptica, cónica o toroidal. Las dimensiones de las placas van de 100 x 100 mm a 300 x
300 mm, espesores de 2 a 16 mm. El diámetro de las perforaciones centrales depende
del diámetro del perno con que se instale. En el Perú, los más comunes son los de 150
x 150 mm.
2.2. Metodología del estudio
Planteado el tema a investigar, se tuvo que conseguir las placas, gestionando a
distintas empresas que aplican o proveen estos accesorios. Se recopiló 2 tipos de
placas para los pernos Hydrabolt, donadas por Volcan Cía. Minera y New Concept
Mining.
Por las características de las placas, se estableció que se realizarían 3 tipos de
pruebas: En el centro de la placa, compresión y tracción, y en las orejas, tracción. Con
la finalidad de tener resultados precisos, se determinó que por cada tipo de prueba se
realizarían 5 ensayos, o sea, 15 pruebas por cada tipo de placa, es decir, 30 pruebas.
Durante cada prueba de laboratorio, se registró la duración, la temperatura, la carga
máxima soportada por las placas. Después de los ensayos de laboratorio, según los
reportes de la PUCP y las mediciones practicadas a las placas deformadas, se
registraron los datos complementarios, como límite elástico, las deformaciones
correspondientes a las cargas máximas y en distintas partes de las placas.
Para determinar los ábacos carga - deformación, se tuvo que interpolar puntos en los
gráficos reportados por la PUCP. Para tal objetivo, fue necesario utilizar el Autocad,
para tener resultados precisos, por no decir exactos. Con base en lo antes expuesto, se
elaboró el presente informe.
2.3. Equipos, herramientas y materiales utilizados
Equipo destructor de placas Este equipo se diseñó de acuerdo a las dimensiones de
las placas y se construyó en un taller metal-mecánico de un acero endurecido.
Consta de una base y pines destructores de dimensiones compatibles con el agujero
de las placas estudiadas.
17
• El equipo destructor se diseñó para las pruebas de compresión y central, donde los
pines destructores en cada caso tuvieron 3 mm de pestaña para actuar contra las
placas. Para las pruebas de tracción en las orejas, se construyeron ganchos de fierro
corrugado de ½” y 3/8”, de acuerdo a su abertura.
• Herramientas de taller.
• Insumos de ferretería.
• Marcadores.
2.4. Ensayos de laboratorio
Las pruebas se llevaron a cabo en el Laboratorio de Materiales de la Pontificia
Universidad Católica del Perú (PUCP), que cuenta con una prensa hidráulica Zwick /
Roell 600, con una capacidad de carga de 600 KN (60TM), que se ilustra en la Figura
N° 1.
Los montajes para los ensayos en la prensa se ilustran en la Figura N° 2. Cada ensayo
culminó al vencer la resistencia de la placa bajo una carga máxima. La fuerza aplicada
y correspondiente deformación se grafica progresivamente, gracias al equipo de
cómputo conectado a la prensa. Los resultados de estos ensayos, la PUCP reportó en
ábacos acompañados de las cargas máximas y el límite elástico en ciertos casos.
2.5. Procesamiento de reportes de laboratorio
Dado que la PUCP reporta únicamente el gráfico de la curva fuerza – deformación, la
fuerza máxima y el límite elástico mas no la tabla de valores intermedios, fue
necesario hacer cuadros estadísticos para dichos valores a partir del ábaco reportado.
A fin de obtener los valores más precisos posibles, para la interpolación de puntos se
usó el Autocad 2012, obteniéndose el progreso de la deformación como se
incrementa la carga y, consecuentemente, los resultados del estudio.
3) ENSAYOS SOBRE PLACAS ESQUINADAS
3.1. Características de las placas
Las dimensiones de estas placas son: 146,51 x 148,6 x 3,7 mm. En su centro tiene una
protuberancia que se asemeja a un domo achatado, con un diámetro en su base de
95,93 mm y una altura de 15,9 mm, en cuyo centro tiene una perforación de 35,1 mm
de diámetro. La oreja de la placa se ha maquinado, doblando una de las esquinas
hasta 45°, quedando en forma de un triángulo recto isósceles de 53 mm de lado y con
una perforación de 16,6 mm de diámetro, el peso de la placa es 624 g., new concept
mining (en linea)
3.2. Ensayos de compresión central
Antes de proceder con los ensayos, estas placas se codificaron como ilustra la Figura
N° 3 (b), donde C-HY- 05 significa: C = compresión, HY = Hydrabolt y 05 = número de
muestra. La Figura 8 (a) muestra la posición de la placa en la prensa para este ensayo,
18
con el domo hacia arriba, apoyado sobre la base y con el correspondiente pin
destructor en el agujero.
La velocidad de los ensayos fue de 2 mm/min y la temperatura promedio de 22,58 °C.
Cada uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 3,93 minutos en promedio y
concluyeron al penetrarse el pin destructor bajo una carga máxima.
3.2.1. Resultados de los ensayos
La deformación de las placas en este ensayo se manifiesta únicamente en su domo,
manteniéndose su forma y dimensiones en otras partes. Se alcanza el límite elástico a
una carga promedio de 32,64 KN. La carga máxima promedio que soportan estas
placas es de 41,56 KN, siendo la correspondiente deformación del domo 14,01 mm.
Bajo esta carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La deformación del
domo bajo la carga compresiva, es uniforme hasta el límite elástico; luego, en el
estado plástico, prosigue deformándose con cierta uniformidad, tal como ilustra la
Figura N° 4.
3.2.2. Análisis de la deformación global de las placas por la compresión
La deformación de las placas por efecto del ensayo compresivo se manifiesta
únicamente en el domo, mas no en otras partes de la placa. Por lo que la deformación
global es igual a la deformación del domo, es decir 28,91%.
Figura N° 4. Comportamiento de la placa esquinada a la compresión.
3.3. Ensayos de tracción central
19
Las muestras para este ensayo se codificaron igual que en los casos anteriores, como
muestra la Figura N° 5, donde T-HY-01, significa: T = Tracción, HY = Hydrabolt y 01 =
número de muestra. Esta misma figura muestra a la placa después de este ensayo. La
velocidad de los ensayos fue de 2 mm/min y la temperatura promedio de 22,7 °C
Cada uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 2,37 minutos en promedio y
concluían al penetrarse el pin
bajo una carga máxima. 3.3.1. Resultados de los ensayos Bajo este ensayo, el domo
es la única parte de la placa que se deforma, como ilustran la Figura N° 10. Se alcanza
el límite elástico a una carga promedio de 36,9 KN. La carga máxima promedio que
soportan estas placas es de 59,80 KN, siendo la correspondiente del domo 6,66 mm.
Bajo esta carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La Figura N° 6
muestra que la acción de tracción central sobre esta placa la deforma de manera
uniforme, hasta y después del límite elástico
.
Figura N° 6. Deformación de la placa esquinada por tracción. 56
3.3.2. Análisis de la deformación global de las placas causadas por efectos de la
tracción central
Luego de analizar la deformación de las placas por la acción de tracción, se concluye
que se produce únicamente en el domo, adquiere la forma de cráter y representa una
deformación de 28,40 % de la placa.
3.4. Ensayos de tracción en la oreja de la placa
El gancho para realizar estas pruebas se construyó de Fe corrugado de ½” en forma
de “U”, de 255 mm de longitud y 55 mm de abertura, para que la mordaza superior de
la prensa lo sujete y haga tracción, estando la placa fijada en la mordaza inferior con
arandela y perno, como ilustra la Figura N° 7. Al igual que en los casos ya vistos
anteriormente, las muestras se codificaron como ilustra la Figura N° 8, donde OR-HY-
01 significa: OR = Oreja, HY = Hydrabolt y 01 = número de muestra. La velocidad de
20
los ensayos fue de 6 y 10 mm/min y la temperatura promedio de 21,02 °C. Se
realizaron 5 ensayos de este tipo y cada ensayo demandó un tiempo neto de 6,22
minutos en promedio. Cada prueba finalizó con la ruptura de la oreja bajo una carga
máxima. La oreja quedó como ilustra la Figura N° 8.
3.4.1. Resultados de los ensayos
La Figura N° 13 muestra el estado en que quedaron las placas por efecto de este tipo
de ensayo. La carga máxima de ruptura en promedio fue de 30,98 KN, luego de
deformarse 43,90 mm. La Figura N° 9 muestra la deformación uniforme hasta límite
elástico de las orejas de estas placas al aplicar tracción.
Figura N° 9. Deformación de la placa esquinada Hydrabolt por tracción en su oreja.
3.4.2. Análisis de la deformación global de las placas por este ensayo
La deformación global de la placa por acción de tracción en la oreja ilustra la Figura
N° 8, donde puede observarse que la placa se curva por el lado de la oreja, con una
deformación de 143,9 %.
4) ENSAYOS SOBRE PLACAS REFILADAS
4.1. Características de las placas
Las dimensiones de estas placas son: 150 x 150 x 3,5 mm. En su centro tiene una
protuberancia en forma de cono truncado de 65,89 mm de diámetro en su base y
10,97 mm de alto y en cuyo centro tiene una perforación de 35,71 mm de diámetro.
La oreja de la placa se ha maquinado, doblando una de las esquinas hasta 60°,
quedando en forma de un triángulo recto (radio de refilado 15 mm) isósceles de
72.44 mm de lado y con una perforación triangular equilátero de 41,7 mm de lado, al
que se le ha refilado en su base con curva de 6,5 mm de radio y en la parte superior
con curva de 12,5 mm de radio, como ilustra la Figura N° 10. El peso de esta placa es
571 g.
21
4.2. Ensayos de compresión central
Antes de proceder con los ensayos, estas placas se codificaron como ilustran las
Figuras N° 17 (a) y (b), donde, para diferenciarlas de las placas esquinadas, se
modificó el orden de las siglas, como sigue HY-C-01 significa: HY = Hydrabolt, C =
compresión y 01 = número de muestra. La Figura N° 11 ilustra la posición de la placa
en la prensa para este ensayo, es decir, con la protuberancia hacia arriba, apoyado
sobre la base y con el correspondiente pin en el agujero. La velocidad de estos fue 2,5
mm/min y la temperatura promedio de 21,86 °C. Cada uno de los 5 ensayos demandó
un tiempo neto de 5,58 minutos en promedio y concluyeron al penetrarse el pin bajo
una carga máxima.
4.2.1. Resultados de los ensayos
La deformación de las placas debido a este ensayo se manifiesta en la protuberancia
cónica que queda completamente hundida (invertida), como ilustran las Figuras N°
12 (a) y (b), lo que consecuentemente deforma a la placa hasta convertirla en un
casquete esférico. La carga máxima promedio que soportan estas placas es de 40,56
KN, siendo la correspondiente deformación del domo 25,10 mm. Bajo esta carga
máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La deformación del domo por la
carga compresiva es bastante irregular como muestra Figura N° 13.
Figura N° 13. Deformación de la placa refilada a la carga de compresión
4.2.2. Análisis de la deformación global de las placas refiladas por la compresión
Como demuestran las Figuras N° 12 (a) y (b), la deformación de las placas refiladas
Hydrabolt debido a la compresión se manifiesta en la protuberancia y las zonas
adyacentes a ésta; los análisis correspondientes conducen a que esta placa se deforma por
este ensayo un total de 451,59 %, por lo que la placa queda convertida en un casquete
esférico.
22
Figura N° 1. Prensa hidráulica Zwick / Roell 600.
Figura N° 2. Montajes para los ensayos de compresión.
(a) (b)
Figura N° 3. Prueba de compresión a la placa esquinada. (a) Proceso de compresión. b) Estado final de
la placa.
Figura N° 5. Deformación de las placas esquinadas a la tracción central.
23
Figura N° 7. Ensayo de tracción en la oreja de las placas esquinadas.
Figura N° 8. Placa esquinada después del ensayo de tracción en la oreja.
Figura N° 10. Placa refilada Hydrabolt.
Figura N° 11. Ensayo de compresión sobre la placa refilada.
24
(a) (b)
Figura N° 12. Estado final de las placas después de las pruebas de compresión. (a) Posición de
compresión. (b) Posición inversa al ensayo.
Figura N° 14. Ensayo de tracción sobre la placa refilada.
(a) (b)
Figura N° 15. Placas refiladas después de la prueba de tracción. (a) Posición del ensayo. (b) Posición
invertida.
25
.
(a) (b)
Figura N° 17. Estado de las placas después de los ensayos de tracción enla oreja. (a) Visto en posición
de ensayo. (b) Visto de perfil.
59i4.3. ENSAYOS DE TRACCIÓN CENTRAL
Las muestras para este ensayo se codificaron como ilustran las Figuras N° 15 (a) y (b), en la
que la denominación HY-T-02 indica: HY = Hydrabolt, T = tracción y 02 = número de muestra.
La Figura N° 14 muestra la posición de la placa en la prensa para este tipo de ensayos. La
velocidad de los ensayos fue de 2,5 mm/ min y la temperatura promedio de 22,04 °C. Cada
uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 1,82 minutos en promedio y concluían al
penetrarse el pin bajo una carga máxima.
4.3.1. Resultados de los ensayos
Al igual que para la compresión, la deformación de las placas debido a este tipo de ensayo se
manifiesta en la protuberancia cónica, la que al finalizar la prueba queda aumentada en
tamaño, como se aprecia en las Figuras N° 15 (a) y (b). Este efecto deforma a la placa hasta
convertirla en un casquete esférico, pero más moderado que para la compresión. El límite
elástico se alcanza bajo una carga de 24,26 KN en promedio. La carga máxima promedio
alcanzado es de 36,34 KN, con la correspondiente deformación del domo 7,032 mm. Bajo esta
carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La deformación del domo bajo la
carga compresiva es uniforme, como destaca la Figura N° 16.
Figura N° 16. Deformación de la placa refilada Hydrabolt por tracción central.
4.3.2. Análisis de la deformación global de las placas refiladas por la tracción
26
Las Figuras N° 15 (a) y (b) muestran la deformación de las placas refiladas producida por la
tracción. Como puede observarse, la deformación se manifiesta en la protuberancia y las
zonas adyacentes a esta, que en conjunto representan una deformación global de 398,61 %.
La placa queda convertida en un casquete esférico.
5.4. Ensayos de tracción en la oreja de la placa
Para estas pruebas de tracción se utilizó el mismo gancho que para las placas esquinadas,
cuyo ensamblaje ilustran las Figuras N° 17 (a) y (b). En esta ocasión, las muestras se
codificaron como ilustran las fotos antes indicadas, donde HY-OR-02 significa: HY =
Hydrabolt, OR = oreja y 02 = número de muestra. La velocidad de los ensayos fue de 15
mm/min y la temperatura promedio de 21,20 °C. Se realizaron 5 ensayos de este tipo y cada
ensayo demandó un tiempo neto de 5,35 minutos en promedio. Cada prueba finalizó con la
ruptura de la oreja bajo una carga máxima.
4.4.1. Resultados de los ensayos
Las Figuras N° 17 (a) y (b) muestran el estado en que quedaron las placas por este tipo de
ensayo. La carga máxima de ruptura en promedio fue de 33,903 KN, luegode deformarse
26,73 mm. La Figura N° 18 muestra que el comportamiento de la oreja de estas placas a la
tracción es uniforme.
Figura N° 18. Deformación de la oreja de la placa refilada por tracción.
4.4.2.Análisis dela deformaciónglobaldelas placas refiladas porla tracción en su oreja
Las Figuras N° 17 (a) y (b) muestran la deformación de las placas refiladas Hydrabolt,
producida al aplicar tracción en su oreja. Como puede apreciarse, la deformación se
manifiesta en todas partes de la placa, que en suma alcanza a deformarse 824,58 %. La placa
queda convertida en un casquete esférico deformado hacia su oreja.
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
5.1. Ensayos de compresión central
Los resultados de las pruebas de compresión para los distintos tipos de placas tratadas en los
capítulos precedentes se sintetizan en la Figura N° 19, de la que se concluye que las que
27
sufren menor deformación son las placas esquinadas, que se deformam 14,01 mm para una
carga máxima de 41,56 KN. La placa refilada es la que más se deforma, tanto así que para una
carga máxima de 40,56 KN se deforma 25,10 mm.
Figura N° 19. Deformación de las placas al aplicar carga compresiva.
Ambas placas muestran deformación uniforme hasta 30 KN de carga. Considerando que las
placas cuando están instaladas con los pernos trabajan en modo de compresión, su excesiva
deformación afectará la estabilidad en las zonas adyacentes a la excavación. Sin embargo, este
efecto será más prominente para los pernos que trabajan en tensión, como es el caso de las
barras y los cables, puesto que los pernos inflables como Swellex, Hydrabolt y Expanbolt,
trabajan por fricción de la pared exterior de los pernos con las paredes de los taladros donde
se instalan, inflándolos con un fluido a presión. Por consiguiente, en los pernos inflables, las
placas soportan mínima carga o sujetan la malla en terrenos que requieren de este elemento
de sostenimiento.
5.2. Ensayos de tracción central
Los resultados de las pruebas de tracción central para ambas placas se presentan en la Figura
N° 20, donde se observa que la placa que sufre menor deformación es la esquinada. Es así
que, por ejemplo, para una carga de 35 KN, las esquinas se deforman 1,21 mm, mientras que
las refiladas 5,86 mm.
28
Figura N° 20. Deformación de las placas por la carga de tracción.
5.3. Ensayos de tracción en la oreja de las placas
Los resultados de este ensayo se sintetizan en la Figura N° 21. La ruptura de la oreja de las
placas esquinadas bajo una carga de 30,98 KN, mientras que las de las refiladas a 33,90 KN,
habiendo alcanzado las respectivas deformaciones de 43,9 mm y 26,73 mm.
En la Tabla N° 1, se resumen las características, el límite elástico, cargas máximas y las
correspondientes deformaciones mostradas por las distintas placas durante los ensayos.
Asimismo, la deformación global y la forma final que adoptan las placas para cada tipo de
ensayo.
Figura N° 21. Deformación de las orejas de las placas al aplicar cargas de tracción.
29
4). MARCOCONCEPTUAL
Andesíticos: La andesita es una roca ígnea volcánica de composición intermedia
Compresión: Acción de comprimir o comprimirse.
Dacíticos: La dacita es una roca ígnea volcánica con alto contenido de hierro.
Deformación: es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos
internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia
de dilatación térmica
Deleznables: Que se deshace, se disgrega con facilidad.
Elástico: adj. [Cuerpo] que puede recobrar su forma y extensión después que haya
cesado la acción o fuerza que la había alterado:
este tejido es muy elástico.
hidráulica : Parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los
fluidos.
lutitas : La lutita es una roca sedimentaria detrítica o clástica de textura pelítica,
variopinta
monzonítica: na monzonita es una roca plutónica de estructura granulosa
compuesta de ortosa, de feldespato plagioclasa, de hornblenda, de augita y de biotita
piroclásticos : e denomina flujo piroclástico, colada piroclástica, nube
ardiente o corriente de densidad piroclástica a una mezcla de gases
volcánicos calientes, materiales sólidos calientes y aire atrapado, que se mueve a nivel
del suelo y resulta de ciertos tipos de erupciones volcánicas
30
silicificadas: es el proceso por el cual la madera, los huesos, las conchas y otros
materiales a veces fosilizan o petrifican por acción de silicatos como el jaspe,
el cuarzocriptocristalino e incluso el ópalo
Tracción: Acción de tender a mover una cosa hacia el punto de donde procede el
esfuerzo.
Vernier digital: El calibre, también denominado calibrador, cartabón de
corredera o pie de rey.
5). CONCLUSIONES
1. Las placas que sufren mayor deformación a la compresión, tracción central y en la
oreja son las placas refiladas.
2. Para las pruebas de compresión, las fuerzas máximas que soportan ambas placas
son: esquinadas 41,56 KN y refiladas 40,56 KN. Bajo esas cargas, los respectivos pines
destructores se penetraron en el agujero central de las placas. Se demostró que la
placa que ofrece mayor resistencia es la placa esquinada.
[ANEXO: Tabla N° 1.]
3. Durante las pruebas de tracción en el centro, ambas placas demostraron mejor
uniformidad en su deformación que en compresión. Los pines destructores
comenzaron a penetrarse en el agujero central, en caso de las placas esquinadas, a
59,80 KN y, refiladas, a 36,34 KN.
4. Para las pruebas de tracción en las orejas, las placas mostraron una deformación
uniforme, alcanzando la ruptura bajo las siguientes cargas máximas: refiladas a 33,90
KN y esquinadas a 30,98 KN.
5. No es necesario que las placas para los pernos Hydrabolt sean muy robustas o
sobredimensionadas, considerando que dichos pernos trabajan radialmente a su eje.
Es decir, la robustez de las placas es más importante en pernos que actúan por
tensión, como las barras y cables, donde las cargas actúan directamente sobre estas
(Smith, 2006).
6. La mayor resistencia de las placas esquinadas es debido a la forma de su
protuberancia tipo domo.
31
III. Hipótesis
El uso de las Placas para Pernos de Roca Hydrabolt es de mucha importancia en el
sostenimiento del macizo rocoso.
HIPÓTESIS ESPECÍFICOS
1. Las fuerzas de compresión y tracción que se aplican en las placas o
planchuelas para Pernos de Roca Hydrabolt tienes un límite máximo.
2. La placa esquinada para pernos de Roca Hydrabolt tiene mayor resistencia a
los esfuerzos de tracción y compresión
32
IV. Bibliografía base
1. New Concept Mining. Hydrabolt. [En línea] URL<www. ncm.co.za> Consulta, 20 de oct. de
2010.
2. Ros Esteban, Antonio (2005). Bulones SWELLEX. Tipos de Anclajes (pp. 230-254).
3. Smith, William F, y Hashemi, Javad (2006). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de
Materiales (4ta ed.). Editorial McGraw-Hill Interamericana, España.
4. JM JENNMAR. Placas y Control de Superficiest. [En línea] URL<www.ncm.co.za> Consulta,
20 de oct. De 2012.
33
V. Administración de trabajo
I. Cronograma de ejecución
34
II. Presupuesto
Meses
Actividades
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1.-Aprobación Anteproyecto
x
2.-Reelaboración Proyecto
x
3.-Ampliación del Marco Teórico
x
4.-Prepar inst. recolección datos
x
5.-Aplicación de instrumentos
x
6.-Sistematización de
información x
7.-Análisis e interpretación
x x
8.-Redacción del
borrador x x
9.-Revisión y critica
x
10.-Redacción final
x
11.-Presentación
x
35
TABLA DE GASTOS PARA REALIZAR EL PROYECTOS DE INVESTIGACION AÑO 2016
CATEGORÍA GASTOS S./
1. ASESORIA METODOLOGICA 200.00
2. PROPUESTA 30.00
3. OBSERVACIONES 65.00
4. DISEÑO DEL PROYECTO 120.00
5. OBSERVACIONES 50.00
6. PROYECTO 150.00
7. OBSERVACIONES 70.00
8. ENCUESTA 110.00
9. CLASIFICACION DE MATERIAL 60.00
10. TRATAMIENTO INFORMACION 60.00
11. ANALISIS E INTERPRETACION 70.00
12. REDACCION 115.00
TOTAL 1100.00
36
VI. Anexos
RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS, CARGAS Y DEFORMACIONES DE LAS PLACAS ESTUDIADAS [PAG. 29]
Tabla N° 1. Resumen de las características, cargas y deformaciones de las placas estudiadas
37
CARACTERISTICAS DE LOS PERNOS HIDRABOLTS UTILIZADOS [PAG. 14]
Los 48 pernos Hydrabolts usados para las pruebas fueron proporcionados por la Cía. New
Concept Mining Perú, del modelo HYDRABOLT Ф 29 (New Concept Mining, URL 2010), con
29 mm de diámetro y todos de 6 pies de longitud (1,8 m) y espesor de la pared del tubo de 2
mm.
FotoNº 22 Marcado de lospernosHydraboltscargadosy descargadosensucabeza
[TITULO]:PROPIEDADESMECANICASY DE SOSTENIMIENTODE LOSPERNOSDE ROCA
INFLABES CARGADOS Y DESCARGADOS
[AUTOR]:MSc. Ing. Emiliano Mauro Giraldo Paredez Docentedela UniversidadNacional
Mayor deSan Marcos(UNMSM)

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Marco referencial

  • 1. 1 1. Marco referencial I. Titilo: Optimización en el sostenimiento del macizo rocoso con placas esquinadas para pernos de roca hydrabolt – Volcan Compañía Minera s.a.a. II. Responsables: Vega ochoa erick Darwin III. Ámbito geográfico Volcan Compañía Minera es una empresa minera polimetálica y uno de los mayores productores de zinc, plomo y plata en el mundo. La Compañía está considerada como uno de los productores de menor costo en la industria debido a la calidad de sus depósitos de mineral. Volcan inició sus operaciones en 1943 en las alturas del abra de Ticlio. Todas las operaciones se encuentran en la Sierra Central de Perú e incluye las unidades operativas Yauli, Chungar, Alpamarca y Cerro de Pasco. Estas cuatro unidades operativas incluyen en total diez minas, siete plantas concentradoras y una planta de lixiviación.
  • 2. 2 UNIDAD CHUNGAR La UEA Chungar se encuentra ubicada en el departamento de Pasco, a 342 kilómetros al este de Lima. Está conformada por dos minas subterráneas, Animón e Islay, y una planta concentradora cuya capacidad de tratamiento diario durante el 2013 fue de 5,320 TPD en promedio. El tratamiento en la planta Animón durante el 2013 fue de 1,827 mil toneladas de mineral de cabeza, con leyes de 6.00% Zn, 1.71% Pb, 0.17 % Cu y 4.70 oz Ag/TM, lo que representó el 29% del mineral tratado de Volcan consolidado. 1) UBICACIÓN: La mina Animón es propiedad de Empresa Administradora Chungar S.A.C. y esta ubicada en el flanco oriental de la cordillera occidental, geomorfológicamente dentro de la superficie puna en un ambiente glaciar, y la zona presenta un clima frígido y seco típico de puna, la vegetación son pastos conocido como “ichus”; Políticamente se ubica en el distrito de Huayllay . Coordenadas UTM.: P.P: ANIMON N: 8’780,728 E: 344,654 La altitud de la mina se encuentra en 4,600 m.s.n.m., dentro de la hoja 23-K - Ondores. 2) ACCESIBILIDAD: La mina Animón es accesible por tres vías: RUTA Distancia(Km.) Tiempo (hrs.) 1 Lima - Oroya - C. de Pasco - Animon 328 6 2 Lima - Huaral - Animon 225 4 3 Lima - Canta - Animon 219 4 El acceso a la mina es a través de la vía terrestres las tres rutas.
  • 3. 3
  • 4. 4 El acceso a la mina a través de la ruta № 1, es el principal acceso y es por la carretera central Lima - Oroya - Cruze de Villa de Pasco –U.E.A Chungar: haciendo un total de 328 km de carretera asfaltada; ya que es la más transitada por diferentes motivos (comercio, turismo, etc.). El acceso a la mina a través de las rutas № 2 y 3, tiene un 30% de vía asfaltada y 70% en carretera afirmada, ya que recién se está haciendo los trabajos civiles por esos tramos.
  • 5. 5 3) CLIMA Y VEGETACION La zona presenta un clima frígido y seco, típico de Puna, con temperaturas de: 3 – 4° C bajo cero, entre los meses de Enero y marzo se presentan precipitaciones pluviales y el resto del año es seco con presencia de heladas entre Abril – Junio. La vegetación en la zona es muy escasa debido al clima frígido, también se puede decir que la vegetación es casi escasa porque la mayor parte existen pocos lugares en los que se encuentra material aluvial favorables a la vegetación. La vegetación de la zona es típica de la región puna y cordillera, y consta así en su totalidad de pastos ICHUS y pastos SILVESTRES. GEOMORFOLOGIA Se halla ubicada dentro de la superficie puna, en un ambiente glaciar, con superficies suaves y altitudes desde 4,200 m.s.n.m.; la Mina esta a 4,600 m.s.n.m. 4) RECURSOS NATURALES La zona cuenta con un recurso vital primario, como es el agua ya que se toma directamente de las Lagunas: Llacsacocha, Naticocha y Huaroncocha; que nos sirve tanto para las actividades mineras como para el consumo domestico. La zona no cuenta con otros recursos vitales primarios, por lo que los centros de abastecimiento de material y otros productos son: Lima, Cerro de Pasco, Huancayo, Huanuco, Oroya y las demás ciudades colindantes; los cuales afortunadamente están unidos por carreteras y Ferrocarril. 5) HISTORIA Por el año 1913 el Sr. Mateo Galjuf observa un afloramiento oxidado potente al borde este de la laguna Naticocha que viene a ser la continuación de la Veta Restauradora que es propiedad de Huarón y se prolonga hacia el oeste por debajo de la laguna Naticocha; al encontrarse libre esta área la denuncia y toma posesión de la concesión el mismo año, con el nombre de Montenegro. Por el año 1936 el Sr. Galuf inicia una labor de reconocimiento de 50 metros al este sobre la cota 4,610 m.s.n.m. sobre este afloramiento al que denomina como veta
  • 6. 6 Principal. Desde el año 1939 a 1947 existieron problemas limítrofes hacia el este con la concesión Restauradora propiedad de Cía. Minera Huarón, durante ese lapso Huarón sustrajo ilícitamente por el sistema de “glory hole” aproximadamente 50,000 T.M.S. desde el Nv. 400 hasta el Nv. 605, en un tramo de 50 metros al oeste del límite de Restauradora. Desde 1947 a 1956 existió un litigio administrativo y judicial por la sustracción indebida por parte de Huarón. A partir de 1960 se inicia la construcción del pique Montenegro que profundiza hasta el año 1966 al nivel 420, a partir de este año se inicia un desarrollo agresivo de la veta Principal en los niveles 575, 540, 500 y 465 hasta el año 1970; a partir de ese año hasta el año 1982 se trabaja un 30% la zona de Montenegro y un 70% áreas arrendadas de Huarón y Centromin en las concesiones de Bellavista, Demasia Elena, CPH 18, CPH19 y CPH 58. A partir de 1983 se dio mayor impulso al desarrollo, exploración, preparación y explotación de la Veta Principal y otras estructuras menores: habiéndose extraído a la fecha desde el Nv. 310 a Nv. 540 aproximadamente 1’500,000 TMS de mineral distribuidos de la siguiente manera: La producción diaria de la mina antes del desastre natural del 23 de abril de 1998 fue de 400 TMS diarias. A mediados del año 1997 se compraron las concesiones de Centromín C.P.H. 18, 19, 58 y Ranita; y en Set. del 2000 se compraron concesiones de Huarón que han permitido aumentar el potencial y vida de Animón. 6) GEOLOGÍA REGIONAL Las Unidades litoestraligráficas que afloran en la región minera de Animón-Huarón están constituidos por sedimentitas de ambiente terrestre de tipo “molasico” conocidos como “Capas Rojas”, rocas volcánicas andesíticas y dacíticas con plutones hipabisales. En la región abunda las “Capas Rojas” pertenecientes al Grupo Casapalca que se encuentra ampliamente distribuida a lo largo de la Cordillera Occidental desde la divisoria continental hacia el este y está constituido por areniscas arcillitas y margas de coloración rojiza ó verde en estratos delgados con algunos lechos de
  • 7. 7 conglomerados y esporádicos horizontes lenticulares de calizas grises, se estima un grosor de 2,385 metros datan al cretáceo superior terciario inferior (Eoceno). En forma discordante a las “Capas Rojas” y otras unidades litológicas del cretáceo se tiene una secuencia de rocas volcánicas con grosores variables constituido por una serie de derrames lávicos y piroclastos mayormente andesíticos, dacíticos y riolíticos pertenecientes al Grupo Calipuy que a menudo muestran una pseudoestratificación subhorizontal en forma de bancos medianos a gruesos con colores variados de gris, verde y morados. Localmente tienen intercalaciones de areniscas, lutitas y calizas muy silicificadas que podrían corresponder a una interdigitación con algunos horizontes del Grupo Casapalca. Datan al cretáceo superior-terciario inferior (Mioceno) y se le ubica al Suroeste de la mina Animón. Regionalmente ocurre una peneplanización y depósitos de rocas volcánicas ácidas tipo “ignimbritas” tobas y aglomerados de composición riolítica que posteriormente han dado lugar a figuras “caprichosas” producto de una “meteorización diferencial” conocida como “Bosque de Rocas” datan al plioceno. Completan el Marco Geológico-geomorfológico una posterior erosión glaciar en el pleistoceno que fue muy importante en la región siendo el rasgo más elocuente de la actividad glaciar la creación de grandes cantidades de lagunas. 7) GEOLOGÍA LOCAL El yacimiento de Animón litológicamente está conformado por sedimentitas que reflejan un periodo de emersión y una intensa denudación. Las “Capas Rojas” del Grupo Casapalca presentan dos ciclos de sedimentación: El ciclo más antiguo es el más potente con 1,400 a 1,500 metros de grosor y el ciclo más joven tiene una potencia de 800 a 900 metros. Cada ciclo en su parte inferior se caracteriza por la abundancia de conglomerados y areniscas, en su parte superior contienen horizontes de chert, yeso y piroclásticos. La gradación de los clastos y su orientación indican que los materiales han venido del Este, probablemente de la zona actualmente ocupada por la Cordillera Oriental de los Andes.
  • 8. 8 En el distrito minero de distinguen dos formaciones bien marcadas: Formación Inferior y Formación Superior. 8) GEOLOGÍA ESTRUCTURAL a) PLEGAMIENTO Por acción de la Orogénesis Incaica, por esfuerzos compresivos Este-Oeste, los sedimentos preterciarios y terciarios han sido fuertemente plegados en estructuras que se orientan en forma regional al N 25° w. La manifestación tectónica principal de la zona es el anticlinal de Huarón, cuyas características son las siguientes: 1. Es un pliegue asimétrico, con el flanco oriental de mayor buzamiento 50°-60°E que el occidental 35°-42°W. 2. El plano axial se orienta al N 20°-30°W y se inclina al oeste. 3. El plano axial presenta en la parte central del distrito una suave convexidad hacia el este. 4. El eje del anticlinal presenta doble hundimiento; la parte norte se hunde 15°- 20° al Norte y la parte Sur 5° a 8° al Sur. Las dimensiones de la estructura son de 20 Km. a lo largo de la zona axial longitudinal y 6 Km. a lo largo de la zona axial transversal (se toma como horizonte guía el techo del chert Córdova). A 3.5 Km. al oeste del anticlinal de Huarón se ubica el sinclinal de Quimacocha cuyo plano axial es paralelo al anticlinal de Huarón. La geometría del anticlinal de doble hundimiento implica que la estructura ha sido originada por una deformación dómica en respuesta a fuerzas tectónicas dirigidas hacia el Este y hacia arriba, la resultante mayor orientada a N65°E fue aplicada en la parte central del distrito y la resultante intermedia fue dirigida hacia arriba. La ausencia de fracturas pre-intrusivas tensionales y de cizallamiento indican que la deformación del anticlinal se efectuó dentro de los limites elásticos específicos que caracterizan a las unidades litológicas, por lo tanto la acumulación de una enorme energía, en estado latente dentro de la estructura fue el efecto concomitante a la acción de los esfuerzos de compresión en épocas preintrusivas. Posterior al depósito de los piroclástos de Huayllay y en épocas post-minerales se registró un plegamiento
  • 9. 9 adicional de poca intensidad (plegamiento Quichuano) que ha producido suaves ondulaciones en la formación Huayllay. b) INTRUSIVO El relajamiento de las fuerzas tectónicas compresionales preintrusivas y la acción del rebote elástico concentrado a lo largo de la zona axial longitudinal y de la zona axial transversal (parte convexa del anticlinal flexionado) originaron zonas de tensión ó de debilidad a lo largo de los cuales se produjeron rupturas en el anticlinal. Estas fracturas sirvieron posteriormente de canales de circulación y de precipitación de los fluidos ígneos de composición monzonítica cuarcífera y se formaron los diques axiales longitudinales y transversales. Los diques axiales longitudinales se presentan como un enjambre de 6 diques dentro de un cuerpo lenticular, cuya parte más ancha tiene 1.4 Km. y se orienta al N 25° w. Esta parte se adelgaza progresivamente en su recorrido de 3 Km. al norte y de 5 Km. hacia el Sur. Los diques axiales longitudinales muestran una duplicación en los afloramientos debido a la acción de fallas normales de edad post intrusiva y premineral, las cuales se originaron durante el movimiento de ascensión de la parte central del anticlinal de doble hundimiento (ver sección transversal). El ancho de los diques longitudinales en superficie y en la parte central alcanza hasta 350 metros, en profundidad tienden a adelgazarse y a buzar 85°-88° al oeste. Los diques axiales transversales intruyen la parte oriental del anticlinal. En esta zona se observan 3 diques orientados en dirección E-W y N 85°W distribuidos en una zona de 300 metros de ancho. c) FRACTURAMIENTO En épocas posteriores el emplazamiento de los diques axiales, el anticlinal de Huarón fue nuevamente comprimido por fuerzas dómicas cuya principal resultante fue orientada al S 80° E y hacia arriba. Estas fuerzas sobrepasaron el límite elástico de las formaciones litológicas y dieron origen al fracturamiento transversal y longitudinal del anticlinal y al desplazamiento ascensional de la parte central del distrito. El fracturamiento se realizó mediante dos conjuntos de fracturas preminerales: El conjunto transversal orientada en dirección E-W: y el conjunto longitudinal orientada en la dirección N-S. El primer conjunto se caracteriza por presentar 2 sistemas de
  • 10. 10 fracturas que tienden a converger en profundidad. Al primer sistema que buza 70°- 80° al norte y se localiza en la parte media y sur del distrito, pertenecen una gran cantidad de fracturas, entre las que se encuentran las fracturas inversas mineralizadas de Andalucia, Restauradora (Principal), Cometa, Elena, Yanamina, Travieso, Alianza y Yanacrestón. Al segundo sistema que buza 80°-90° al sur y se localiza en la parte norte pertenecen pocas fracturas entre los que se encuentran las fracturas inversas mineralizadas a Shiusha Norte, Mechita, Shiusha Sur, Pozo D y Patrik; en cambio hacia la parte suroeste (Quimacocha) se tiene mayor número de fracturas inversas mineralizadas que buza 55°-65° al sur como: Precaución, Cabrillas, Veta 15, Veta 16. Mayormente debido a que las fuerzas de comprensión Este-Oeste formadores del anticlinal de Huarón ocasionarán fallas longitudinales al eje del anticlinal y luego una gran ruptura en (x) equis de cizalla, con dos fallas Naticocha-Llacsacocha y Cometa- Huaychao en diferentes edades cada uno que han dividido en cuatro partes el anticlinal de Huarón cada uno con minerales característicos. El conjunto de fracturas orientados en dirección Norte-Sur que buzan 40°-55° al oeste y se localizan en la parte W del distrito, se caracterizan por ser fracturas preminerales concordantes con la estratificación. Entre estos se tienen a las fracturas mineralizadas de Fastidiosa, San Narciso y Constancia. El bloque central del distrito, limitado por las fracturas extremas Pozo D. Shiusha, Fastidiosa y Restauradora, ha sido elevado por desplazamientos horsticos unos 600-700 metros con referencia a la parte estable de la zona Norte. Aunque el desplazamiento total se distribuye en varias fracturas, el desplazamiento relativo entre las paredes de cada fractura es de bastante magnitud; lo cual produce una situación de favorabilidad para la extensión y persistencia tanto lateral como en profundidad del fracturamiento pre-mineral.
  • 11. 11 2. El problema Las placas son elementos complementarios y esenciales de los pernos de rocas, además que sirven para aumentar su radio de acción para sostener bloques de roca inestable. Es así que no se conoce las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas para pernos de roca hydrabolt. Actualmente no se cuenta con la información de los distintos tipos, tamaños y formas de las placas para pernos de roca hydrabolt del mismo modo esta variedad de tamaños y formas de placas presentan un límite elástico, además de sus deformaciones correspondientes a las cargas máximas en distintas partes de la placa que aun no se conoce. Las Placas para Pernos de Roca Hydrabolt vienen operando sin determinar sus propiedades mecánicas y de sostenimiento, por lo cual un inadecuado uso de las Placas para Pernos de Roca Hydrabolt originaria una ruptura violenta, que puede traducirse en un colapso que disminuirán la confiabilidad y seguridad en su uso y por tanto la eficiencia será menor, si no se toman en cuenta las propiedades que poseen estas placas entonces seguirá originando un trabajo nefasto. La importancia de la evaluación de las condiciones de las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas para pernos de roca hydrabolt no es un papel determinante en el proceso de brindar un adecuado control de la inestabilidad subterránea además Cuáles deben ser las Características necesarias de las placas para los pernos Hydrabolt , considerando que dichos pernos trabajan radialmente a su eje. Es decir, la robustez de las placas podría ser más importante en pernos que actúan por tensión, como las barras y cables, donde las cargas actúan directamente sobre estas, en ese entender los tres tipos de pruebas de las placas, compresión y tracción en el centro de la placa, y tracción en las orejas hasta que punto presentara una deformación.
  • 12. 12 I. Formulación del problema PROBLEMA GENERAL ¿Cómo se lograra la optimización en la aplicación de las Placas para Pernos de Roca Hydrabolt según sus propiedades mecánicas y de sostenimiento? PROBLEMAS ESPECÍFICOS 1. ¿Cómo incide las fuerzas que se aplican en las placas o planchuelas esquinadas y refiladas para Pernos de Roca Hydrabolt? 2. ¿Qué placa es adecuado según sus propiedades para Pernos de Roca Hydrabolt? II. Objetivos OBJETIVO GENERAL Determinar las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas para pernos Hydrabolts. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Determinar el comportamiento mecánico (rigidez y ductilidad) de las placas esquinadas y las placas refiladas para pernos Hydrabolts 2. Comparar las placas que más se deforman por compresión y tracción y las que menos se deforman por compresión y tracción central.
  • 13. 13 III. Justificación del estudio El presente trabajo de investigación ejecutado en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA en la UNIDAD CHUNGAR que se encuentra ubicada en el departamento de PASCO, para establecer las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas o planchuelas para los pernos de roca Hydrabolt. Se justifica en la medida de que se da solución al problema debido a que Actualmente, existe una diversidad de elementos de sostenimiento de rocas en el mercado, todos ellos orientados en garantizar la seguridad, economía y/o operatividad de una excavación mejorando las condiciones de trabajo consecuentemente minimizando los accidentes en mina. La aplicación práctica de este trabajo viene a ser el adecuado y oportuno sostenimiento de macizos rocosos en excavaciones para evitar los desprendimientos y derrumbes, siguiendo las recomendaciones del departamento de geomecánica, área encargada de analizar la calidad del macizo rocoso (clase de roca) y determinar el tipo de sostenimiento y su dimensionamiento. Dentro de ello, los pernos de roca hydrabolt, son los elementos de sostenimiento de mayor importancia en la minería subterránea. Es de destacar que no es conveniente que las placas sean muy rígidas, dado que al ir aumentando la tensión en el macizo, no será notorio hasta que se produzca una ruptura violenta, que puede traducirse en un colapso. Por el contrario, en una placa dúctil, será notorio el incremento de tensión, lo cual posibilitará tomar las previsiones de mantenimiento o reforzamiento preventivo del área tensionada IV. Alcances La mina Chungar está situada en la parte Central de la Cordillera de los Andes del Perú, En Chungar la roca es muy “incompetente”, de acuerdo a las evaluaciones geomecánicas, se presentan rocas de muy mala calidad, lo que hace que nuestra principal preocupación sea el riesgo de caída de rocas, derrumbes y / o asentamientos de gran magnitud. Las condiciones climáticas y de la roca harían pensar que la explotación sería una tarea de difícil proceder, pero el empleo de de las placas o planchuelas para los pernos de roca Hydrabolt la hace en realidad más fácil. Antes del 2005, la mina
  • 14. 14 utilizaba pernos mecánicos, pernos de fricción y/o barras instaladas con resina o cemento como soporte de roca. Chungar cambió a pernos Hydrabolt. Desde entonces, se viene usando exclusivamente este elemento, para asegurar la calidad constante del empernado de roca permitiéndonos incrementar la producción. Se dice en nuestro ambiente minero 3. El marco teórico I. Antecedentes del problema 1) ANTECEDENTES DE LAS INVESTIGACIÓN  TITULO DE LA TESIS : APLICACIONDEL SISTEMA DE REFUERZO DE ROCA ENSHRINKAGE ENLA MINA MOROCOCHA – CENTROMINPERU S.A”  UNIVERSIDAD : UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDESCARRIÓN - CERRO DE PASCO PERÚ  AUTOR: CARLOSLUISCOLQUI HUAMAN  PROBLEMA GENERAL: COMO ESEL USO DE LOS PERNOSDE ANCLAJE EN LOSTAJEOSSHRINKAGE Y SU APLICABILIDAD  PRIMERA CONCLUSIÓN: ESNECESARIO Y FUNDAMENTAL EL TENER CONOCIMIENTO DE TODASLAS CONDICIONESDEL TERRENO, PARA LA APLICACIÓNDE LOSPERNOSDE ANCLAJE. 2) MARCOLEGAL I. Constitución Política del Perú. II. Ley Universitaria Nº 23733. III. Estatuto de la UNSAAC. IV. Ley del Procedimiento Administrativo General N ° 27444 V. Ley del Silencio Administrativo, Ley N ° 29060 VI. Reglamento para Optar al Título Profesional de Licenciado o su equivalente, aprobado por Resolución Nro. CU-158-92 y modificado por Resolución Nro. CU-322-2000. VII. Resolución Nro. CU-276-2004-UNSAAC, de 29 de diciembre de 2004, que aprueba las tasas de retribución económica en Cursos de Profesionalización en la UNSAAC y sus modificatorias VIII. Resolución Nro. CU-0220-2007-UNSAAC, de 15 de octubre de 2007, que aprueba uniformizar reglamentos para el cumplimiento de la Ley del Silencio Administrativo y la Elaboración de TUPA Institucional.
  • 15. 15 3) BASES TEÓRICAS II. Bases teóricas 1) INTRODUCCIÓN El presente trabajo de investigación se desarrolló como una inquietud para establecer las propiedades mecánicas y de sostenimiento de las placas o planchuelas para los [PERNOS DE ROCA HYDRABOLT]. Para cumplir con los objetivos del estudio, se estableció hacer pruebas de laboratorio al menos con 2 tipos de placas. Para contar con el material en estudio, se contó con la colaboración de Volcan Compañía Minera y New Concept Mining, las que proporcionaron, cada una, un tipo diferente de placas. Las pruebas de compresión y tracción se llevaron a cabo en el Laboratorio de Materiales de la PUCP, usando para ello la prensa hidráulica marca Zwick / Roell, modelo SP 600, que tiene una capacidad de carga de hasta 600 KN (60 TM). Por las características de las placas, se estableció realizar 3 tipos de pruebas: compresión y tracción en el centro y en la oreja solamente tracción. Por cada tipo de prueba, se ensayaron 5 muestras, que totalizaron 30 ensayos. Todas las pruebas fueron destructivas, de las que la PUCP reportó el límite elástico, la carga máxima y el gráfico carga-deformación de la zona afectada, y, en algunos casos, solo la carga máxima. A fin de procesar con mayor detalle y que los resultados permitan hacer los análisis de las propiedades mecánicas de las placas, fue necesario interpolar puntos utilizando el Autocad, con cuyos resultados ha sido posible obtener todos los gráficos que se presentan en este informe. Los resultados indican que las placas que menos se deforman debido a cargas compresivas y de tracción son las placas esquinadas. Y la que sufre mayor deformación por la tracción en las orejas son las placas refiladas. Calibrando las placas deformadas y comparando con sus medidas originales en sus 3 dimensiones, se determinó que las placas refiladas son las que sufren mayor deformación, es decir, son más dúctiles. 2) ASPECTOS GENERALES
  • 16. 16 2.1. Placas para pernos de roca Las placas o planchuelas son elementos complementarios y esenciales de los pernos de roca que sirven para aumentar su radio de acción para sostener bloques de roca inestables. Asimismo, sirven para sujetar otros elementos de sostenimiento como las mallas y cables instalados en terrenos deleznables. Existen distintos tipos, tamaños y formas. Las formas pueden ser cuadradas, circulares, refiladas en su borde. Del mismo modo, pueden tener o no protuberancia, la que a su vez puede ser tipo domo, piramidal, elíptica, cónica o toroidal. Las dimensiones de las placas van de 100 x 100 mm a 300 x 300 mm, espesores de 2 a 16 mm. El diámetro de las perforaciones centrales depende del diámetro del perno con que se instale. En el Perú, los más comunes son los de 150 x 150 mm. 2.2. Metodología del estudio Planteado el tema a investigar, se tuvo que conseguir las placas, gestionando a distintas empresas que aplican o proveen estos accesorios. Se recopiló 2 tipos de placas para los pernos Hydrabolt, donadas por Volcan Cía. Minera y New Concept Mining. Por las características de las placas, se estableció que se realizarían 3 tipos de pruebas: En el centro de la placa, compresión y tracción, y en las orejas, tracción. Con la finalidad de tener resultados precisos, se determinó que por cada tipo de prueba se realizarían 5 ensayos, o sea, 15 pruebas por cada tipo de placa, es decir, 30 pruebas. Durante cada prueba de laboratorio, se registró la duración, la temperatura, la carga máxima soportada por las placas. Después de los ensayos de laboratorio, según los reportes de la PUCP y las mediciones practicadas a las placas deformadas, se registraron los datos complementarios, como límite elástico, las deformaciones correspondientes a las cargas máximas y en distintas partes de las placas. Para determinar los ábacos carga - deformación, se tuvo que interpolar puntos en los gráficos reportados por la PUCP. Para tal objetivo, fue necesario utilizar el Autocad, para tener resultados precisos, por no decir exactos. Con base en lo antes expuesto, se elaboró el presente informe. 2.3. Equipos, herramientas y materiales utilizados Equipo destructor de placas Este equipo se diseñó de acuerdo a las dimensiones de las placas y se construyó en un taller metal-mecánico de un acero endurecido. Consta de una base y pines destructores de dimensiones compatibles con el agujero de las placas estudiadas.
  • 17. 17 • El equipo destructor se diseñó para las pruebas de compresión y central, donde los pines destructores en cada caso tuvieron 3 mm de pestaña para actuar contra las placas. Para las pruebas de tracción en las orejas, se construyeron ganchos de fierro corrugado de ½” y 3/8”, de acuerdo a su abertura. • Herramientas de taller. • Insumos de ferretería. • Marcadores. 2.4. Ensayos de laboratorio Las pruebas se llevaron a cabo en el Laboratorio de Materiales de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), que cuenta con una prensa hidráulica Zwick / Roell 600, con una capacidad de carga de 600 KN (60TM), que se ilustra en la Figura N° 1. Los montajes para los ensayos en la prensa se ilustran en la Figura N° 2. Cada ensayo culminó al vencer la resistencia de la placa bajo una carga máxima. La fuerza aplicada y correspondiente deformación se grafica progresivamente, gracias al equipo de cómputo conectado a la prensa. Los resultados de estos ensayos, la PUCP reportó en ábacos acompañados de las cargas máximas y el límite elástico en ciertos casos. 2.5. Procesamiento de reportes de laboratorio Dado que la PUCP reporta únicamente el gráfico de la curva fuerza – deformación, la fuerza máxima y el límite elástico mas no la tabla de valores intermedios, fue necesario hacer cuadros estadísticos para dichos valores a partir del ábaco reportado. A fin de obtener los valores más precisos posibles, para la interpolación de puntos se usó el Autocad 2012, obteniéndose el progreso de la deformación como se incrementa la carga y, consecuentemente, los resultados del estudio. 3) ENSAYOS SOBRE PLACAS ESQUINADAS 3.1. Características de las placas Las dimensiones de estas placas son: 146,51 x 148,6 x 3,7 mm. En su centro tiene una protuberancia que se asemeja a un domo achatado, con un diámetro en su base de 95,93 mm y una altura de 15,9 mm, en cuyo centro tiene una perforación de 35,1 mm de diámetro. La oreja de la placa se ha maquinado, doblando una de las esquinas hasta 45°, quedando en forma de un triángulo recto isósceles de 53 mm de lado y con una perforación de 16,6 mm de diámetro, el peso de la placa es 624 g., new concept mining (en linea) 3.2. Ensayos de compresión central Antes de proceder con los ensayos, estas placas se codificaron como ilustra la Figura N° 3 (b), donde C-HY- 05 significa: C = compresión, HY = Hydrabolt y 05 = número de muestra. La Figura 8 (a) muestra la posición de la placa en la prensa para este ensayo,
  • 18. 18 con el domo hacia arriba, apoyado sobre la base y con el correspondiente pin destructor en el agujero. La velocidad de los ensayos fue de 2 mm/min y la temperatura promedio de 22,58 °C. Cada uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 3,93 minutos en promedio y concluyeron al penetrarse el pin destructor bajo una carga máxima. 3.2.1. Resultados de los ensayos La deformación de las placas en este ensayo se manifiesta únicamente en su domo, manteniéndose su forma y dimensiones en otras partes. Se alcanza el límite elástico a una carga promedio de 32,64 KN. La carga máxima promedio que soportan estas placas es de 41,56 KN, siendo la correspondiente deformación del domo 14,01 mm. Bajo esta carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La deformación del domo bajo la carga compresiva, es uniforme hasta el límite elástico; luego, en el estado plástico, prosigue deformándose con cierta uniformidad, tal como ilustra la Figura N° 4. 3.2.2. Análisis de la deformación global de las placas por la compresión La deformación de las placas por efecto del ensayo compresivo se manifiesta únicamente en el domo, mas no en otras partes de la placa. Por lo que la deformación global es igual a la deformación del domo, es decir 28,91%. Figura N° 4. Comportamiento de la placa esquinada a la compresión. 3.3. Ensayos de tracción central
  • 19. 19 Las muestras para este ensayo se codificaron igual que en los casos anteriores, como muestra la Figura N° 5, donde T-HY-01, significa: T = Tracción, HY = Hydrabolt y 01 = número de muestra. Esta misma figura muestra a la placa después de este ensayo. La velocidad de los ensayos fue de 2 mm/min y la temperatura promedio de 22,7 °C Cada uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 2,37 minutos en promedio y concluían al penetrarse el pin bajo una carga máxima. 3.3.1. Resultados de los ensayos Bajo este ensayo, el domo es la única parte de la placa que se deforma, como ilustran la Figura N° 10. Se alcanza el límite elástico a una carga promedio de 36,9 KN. La carga máxima promedio que soportan estas placas es de 59,80 KN, siendo la correspondiente del domo 6,66 mm. Bajo esta carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La Figura N° 6 muestra que la acción de tracción central sobre esta placa la deforma de manera uniforme, hasta y después del límite elástico . Figura N° 6. Deformación de la placa esquinada por tracción. 56 3.3.2. Análisis de la deformación global de las placas causadas por efectos de la tracción central Luego de analizar la deformación de las placas por la acción de tracción, se concluye que se produce únicamente en el domo, adquiere la forma de cráter y representa una deformación de 28,40 % de la placa. 3.4. Ensayos de tracción en la oreja de la placa El gancho para realizar estas pruebas se construyó de Fe corrugado de ½” en forma de “U”, de 255 mm de longitud y 55 mm de abertura, para que la mordaza superior de la prensa lo sujete y haga tracción, estando la placa fijada en la mordaza inferior con arandela y perno, como ilustra la Figura N° 7. Al igual que en los casos ya vistos anteriormente, las muestras se codificaron como ilustra la Figura N° 8, donde OR-HY- 01 significa: OR = Oreja, HY = Hydrabolt y 01 = número de muestra. La velocidad de
  • 20. 20 los ensayos fue de 6 y 10 mm/min y la temperatura promedio de 21,02 °C. Se realizaron 5 ensayos de este tipo y cada ensayo demandó un tiempo neto de 6,22 minutos en promedio. Cada prueba finalizó con la ruptura de la oreja bajo una carga máxima. La oreja quedó como ilustra la Figura N° 8. 3.4.1. Resultados de los ensayos La Figura N° 13 muestra el estado en que quedaron las placas por efecto de este tipo de ensayo. La carga máxima de ruptura en promedio fue de 30,98 KN, luego de deformarse 43,90 mm. La Figura N° 9 muestra la deformación uniforme hasta límite elástico de las orejas de estas placas al aplicar tracción. Figura N° 9. Deformación de la placa esquinada Hydrabolt por tracción en su oreja. 3.4.2. Análisis de la deformación global de las placas por este ensayo La deformación global de la placa por acción de tracción en la oreja ilustra la Figura N° 8, donde puede observarse que la placa se curva por el lado de la oreja, con una deformación de 143,9 %. 4) ENSAYOS SOBRE PLACAS REFILADAS 4.1. Características de las placas Las dimensiones de estas placas son: 150 x 150 x 3,5 mm. En su centro tiene una protuberancia en forma de cono truncado de 65,89 mm de diámetro en su base y 10,97 mm de alto y en cuyo centro tiene una perforación de 35,71 mm de diámetro. La oreja de la placa se ha maquinado, doblando una de las esquinas hasta 60°, quedando en forma de un triángulo recto (radio de refilado 15 mm) isósceles de 72.44 mm de lado y con una perforación triangular equilátero de 41,7 mm de lado, al que se le ha refilado en su base con curva de 6,5 mm de radio y en la parte superior con curva de 12,5 mm de radio, como ilustra la Figura N° 10. El peso de esta placa es 571 g.
  • 21. 21 4.2. Ensayos de compresión central Antes de proceder con los ensayos, estas placas se codificaron como ilustran las Figuras N° 17 (a) y (b), donde, para diferenciarlas de las placas esquinadas, se modificó el orden de las siglas, como sigue HY-C-01 significa: HY = Hydrabolt, C = compresión y 01 = número de muestra. La Figura N° 11 ilustra la posición de la placa en la prensa para este ensayo, es decir, con la protuberancia hacia arriba, apoyado sobre la base y con el correspondiente pin en el agujero. La velocidad de estos fue 2,5 mm/min y la temperatura promedio de 21,86 °C. Cada uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 5,58 minutos en promedio y concluyeron al penetrarse el pin bajo una carga máxima. 4.2.1. Resultados de los ensayos La deformación de las placas debido a este ensayo se manifiesta en la protuberancia cónica que queda completamente hundida (invertida), como ilustran las Figuras N° 12 (a) y (b), lo que consecuentemente deforma a la placa hasta convertirla en un casquete esférico. La carga máxima promedio que soportan estas placas es de 40,56 KN, siendo la correspondiente deformación del domo 25,10 mm. Bajo esta carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La deformación del domo por la carga compresiva es bastante irregular como muestra Figura N° 13. Figura N° 13. Deformación de la placa refilada a la carga de compresión 4.2.2. Análisis de la deformación global de las placas refiladas por la compresión Como demuestran las Figuras N° 12 (a) y (b), la deformación de las placas refiladas Hydrabolt debido a la compresión se manifiesta en la protuberancia y las zonas adyacentes a ésta; los análisis correspondientes conducen a que esta placa se deforma por este ensayo un total de 451,59 %, por lo que la placa queda convertida en un casquete esférico.
  • 22. 22 Figura N° 1. Prensa hidráulica Zwick / Roell 600. Figura N° 2. Montajes para los ensayos de compresión. (a) (b) Figura N° 3. Prueba de compresión a la placa esquinada. (a) Proceso de compresión. b) Estado final de la placa. Figura N° 5. Deformación de las placas esquinadas a la tracción central.
  • 23. 23 Figura N° 7. Ensayo de tracción en la oreja de las placas esquinadas. Figura N° 8. Placa esquinada después del ensayo de tracción en la oreja. Figura N° 10. Placa refilada Hydrabolt. Figura N° 11. Ensayo de compresión sobre la placa refilada.
  • 24. 24 (a) (b) Figura N° 12. Estado final de las placas después de las pruebas de compresión. (a) Posición de compresión. (b) Posición inversa al ensayo. Figura N° 14. Ensayo de tracción sobre la placa refilada. (a) (b) Figura N° 15. Placas refiladas después de la prueba de tracción. (a) Posición del ensayo. (b) Posición invertida.
  • 25. 25 . (a) (b) Figura N° 17. Estado de las placas después de los ensayos de tracción enla oreja. (a) Visto en posición de ensayo. (b) Visto de perfil. 59i4.3. ENSAYOS DE TRACCIÓN CENTRAL Las muestras para este ensayo se codificaron como ilustran las Figuras N° 15 (a) y (b), en la que la denominación HY-T-02 indica: HY = Hydrabolt, T = tracción y 02 = número de muestra. La Figura N° 14 muestra la posición de la placa en la prensa para este tipo de ensayos. La velocidad de los ensayos fue de 2,5 mm/ min y la temperatura promedio de 22,04 °C. Cada uno de los 5 ensayos demandó un tiempo neto de 1,82 minutos en promedio y concluían al penetrarse el pin bajo una carga máxima. 4.3.1. Resultados de los ensayos Al igual que para la compresión, la deformación de las placas debido a este tipo de ensayo se manifiesta en la protuberancia cónica, la que al finalizar la prueba queda aumentada en tamaño, como se aprecia en las Figuras N° 15 (a) y (b). Este efecto deforma a la placa hasta convertirla en un casquete esférico, pero más moderado que para la compresión. El límite elástico se alcanza bajo una carga de 24,26 KN en promedio. La carga máxima promedio alcanzado es de 36,34 KN, con la correspondiente deformación del domo 7,032 mm. Bajo esta carga máxima, el pin se penetra en el agujero de la placa. La deformación del domo bajo la carga compresiva es uniforme, como destaca la Figura N° 16. Figura N° 16. Deformación de la placa refilada Hydrabolt por tracción central. 4.3.2. Análisis de la deformación global de las placas refiladas por la tracción
  • 26. 26 Las Figuras N° 15 (a) y (b) muestran la deformación de las placas refiladas producida por la tracción. Como puede observarse, la deformación se manifiesta en la protuberancia y las zonas adyacentes a esta, que en conjunto representan una deformación global de 398,61 %. La placa queda convertida en un casquete esférico. 5.4. Ensayos de tracción en la oreja de la placa Para estas pruebas de tracción se utilizó el mismo gancho que para las placas esquinadas, cuyo ensamblaje ilustran las Figuras N° 17 (a) y (b). En esta ocasión, las muestras se codificaron como ilustran las fotos antes indicadas, donde HY-OR-02 significa: HY = Hydrabolt, OR = oreja y 02 = número de muestra. La velocidad de los ensayos fue de 15 mm/min y la temperatura promedio de 21,20 °C. Se realizaron 5 ensayos de este tipo y cada ensayo demandó un tiempo neto de 5,35 minutos en promedio. Cada prueba finalizó con la ruptura de la oreja bajo una carga máxima. 4.4.1. Resultados de los ensayos Las Figuras N° 17 (a) y (b) muestran el estado en que quedaron las placas por este tipo de ensayo. La carga máxima de ruptura en promedio fue de 33,903 KN, luegode deformarse 26,73 mm. La Figura N° 18 muestra que el comportamiento de la oreja de estas placas a la tracción es uniforme. Figura N° 18. Deformación de la oreja de la placa refilada por tracción. 4.4.2.Análisis dela deformaciónglobaldelas placas refiladas porla tracción en su oreja Las Figuras N° 17 (a) y (b) muestran la deformación de las placas refiladas Hydrabolt, producida al aplicar tracción en su oreja. Como puede apreciarse, la deformación se manifiesta en todas partes de la placa, que en suma alcanza a deformarse 824,58 %. La placa queda convertida en un casquete esférico deformado hacia su oreja. V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. Ensayos de compresión central Los resultados de las pruebas de compresión para los distintos tipos de placas tratadas en los capítulos precedentes se sintetizan en la Figura N° 19, de la que se concluye que las que
  • 27. 27 sufren menor deformación son las placas esquinadas, que se deformam 14,01 mm para una carga máxima de 41,56 KN. La placa refilada es la que más se deforma, tanto así que para una carga máxima de 40,56 KN se deforma 25,10 mm. Figura N° 19. Deformación de las placas al aplicar carga compresiva. Ambas placas muestran deformación uniforme hasta 30 KN de carga. Considerando que las placas cuando están instaladas con los pernos trabajan en modo de compresión, su excesiva deformación afectará la estabilidad en las zonas adyacentes a la excavación. Sin embargo, este efecto será más prominente para los pernos que trabajan en tensión, como es el caso de las barras y los cables, puesto que los pernos inflables como Swellex, Hydrabolt y Expanbolt, trabajan por fricción de la pared exterior de los pernos con las paredes de los taladros donde se instalan, inflándolos con un fluido a presión. Por consiguiente, en los pernos inflables, las placas soportan mínima carga o sujetan la malla en terrenos que requieren de este elemento de sostenimiento. 5.2. Ensayos de tracción central Los resultados de las pruebas de tracción central para ambas placas se presentan en la Figura N° 20, donde se observa que la placa que sufre menor deformación es la esquinada. Es así que, por ejemplo, para una carga de 35 KN, las esquinas se deforman 1,21 mm, mientras que las refiladas 5,86 mm.
  • 28. 28 Figura N° 20. Deformación de las placas por la carga de tracción. 5.3. Ensayos de tracción en la oreja de las placas Los resultados de este ensayo se sintetizan en la Figura N° 21. La ruptura de la oreja de las placas esquinadas bajo una carga de 30,98 KN, mientras que las de las refiladas a 33,90 KN, habiendo alcanzado las respectivas deformaciones de 43,9 mm y 26,73 mm. En la Tabla N° 1, se resumen las características, el límite elástico, cargas máximas y las correspondientes deformaciones mostradas por las distintas placas durante los ensayos. Asimismo, la deformación global y la forma final que adoptan las placas para cada tipo de ensayo. Figura N° 21. Deformación de las orejas de las placas al aplicar cargas de tracción.
  • 29. 29 4). MARCOCONCEPTUAL Andesíticos: La andesita es una roca ígnea volcánica de composición intermedia Compresión: Acción de comprimir o comprimirse. Dacíticos: La dacita es una roca ígnea volcánica con alto contenido de hierro. Deformación: es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica Deleznables: Que se deshace, se disgrega con facilidad. Elástico: adj. [Cuerpo] que puede recobrar su forma y extensión después que haya cesado la acción o fuerza que la había alterado: este tejido es muy elástico. hidráulica : Parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos. lutitas : La lutita es una roca sedimentaria detrítica o clástica de textura pelítica, variopinta monzonítica: na monzonita es una roca plutónica de estructura granulosa compuesta de ortosa, de feldespato plagioclasa, de hornblenda, de augita y de biotita piroclásticos : e denomina flujo piroclástico, colada piroclástica, nube ardiente o corriente de densidad piroclástica a una mezcla de gases volcánicos calientes, materiales sólidos calientes y aire atrapado, que se mueve a nivel del suelo y resulta de ciertos tipos de erupciones volcánicas
  • 30. 30 silicificadas: es el proceso por el cual la madera, los huesos, las conchas y otros materiales a veces fosilizan o petrifican por acción de silicatos como el jaspe, el cuarzocriptocristalino e incluso el ópalo Tracción: Acción de tender a mover una cosa hacia el punto de donde procede el esfuerzo. Vernier digital: El calibre, también denominado calibrador, cartabón de corredera o pie de rey. 5). CONCLUSIONES 1. Las placas que sufren mayor deformación a la compresión, tracción central y en la oreja son las placas refiladas. 2. Para las pruebas de compresión, las fuerzas máximas que soportan ambas placas son: esquinadas 41,56 KN y refiladas 40,56 KN. Bajo esas cargas, los respectivos pines destructores se penetraron en el agujero central de las placas. Se demostró que la placa que ofrece mayor resistencia es la placa esquinada. [ANEXO: Tabla N° 1.] 3. Durante las pruebas de tracción en el centro, ambas placas demostraron mejor uniformidad en su deformación que en compresión. Los pines destructores comenzaron a penetrarse en el agujero central, en caso de las placas esquinadas, a 59,80 KN y, refiladas, a 36,34 KN. 4. Para las pruebas de tracción en las orejas, las placas mostraron una deformación uniforme, alcanzando la ruptura bajo las siguientes cargas máximas: refiladas a 33,90 KN y esquinadas a 30,98 KN. 5. No es necesario que las placas para los pernos Hydrabolt sean muy robustas o sobredimensionadas, considerando que dichos pernos trabajan radialmente a su eje. Es decir, la robustez de las placas es más importante en pernos que actúan por tensión, como las barras y cables, donde las cargas actúan directamente sobre estas (Smith, 2006). 6. La mayor resistencia de las placas esquinadas es debido a la forma de su protuberancia tipo domo.
  • 31. 31 III. Hipótesis El uso de las Placas para Pernos de Roca Hydrabolt es de mucha importancia en el sostenimiento del macizo rocoso. HIPÓTESIS ESPECÍFICOS 1. Las fuerzas de compresión y tracción que se aplican en las placas o planchuelas para Pernos de Roca Hydrabolt tienes un límite máximo. 2. La placa esquinada para pernos de Roca Hydrabolt tiene mayor resistencia a los esfuerzos de tracción y compresión
  • 32. 32 IV. Bibliografía base 1. New Concept Mining. Hydrabolt. [En línea] URL<www. ncm.co.za> Consulta, 20 de oct. de 2010. 2. Ros Esteban, Antonio (2005). Bulones SWELLEX. Tipos de Anclajes (pp. 230-254). 3. Smith, William F, y Hashemi, Javad (2006). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales (4ta ed.). Editorial McGraw-Hill Interamericana, España. 4. JM JENNMAR. Placas y Control de Superficiest. [En línea] URL<www.ncm.co.za> Consulta, 20 de oct. De 2012.
  • 33. 33 V. Administración de trabajo I. Cronograma de ejecución
  • 34. 34 II. Presupuesto Meses Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.-Aprobación Anteproyecto x 2.-Reelaboración Proyecto x 3.-Ampliación del Marco Teórico x 4.-Prepar inst. recolección datos x 5.-Aplicación de instrumentos x 6.-Sistematización de información x 7.-Análisis e interpretación x x 8.-Redacción del borrador x x 9.-Revisión y critica x 10.-Redacción final x 11.-Presentación x
  • 35. 35 TABLA DE GASTOS PARA REALIZAR EL PROYECTOS DE INVESTIGACION AÑO 2016 CATEGORÍA GASTOS S./ 1. ASESORIA METODOLOGICA 200.00 2. PROPUESTA 30.00 3. OBSERVACIONES 65.00 4. DISEÑO DEL PROYECTO 120.00 5. OBSERVACIONES 50.00 6. PROYECTO 150.00 7. OBSERVACIONES 70.00 8. ENCUESTA 110.00 9. CLASIFICACION DE MATERIAL 60.00 10. TRATAMIENTO INFORMACION 60.00 11. ANALISIS E INTERPRETACION 70.00 12. REDACCION 115.00 TOTAL 1100.00
  • 36. 36 VI. Anexos RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS, CARGAS Y DEFORMACIONES DE LAS PLACAS ESTUDIADAS [PAG. 29] Tabla N° 1. Resumen de las características, cargas y deformaciones de las placas estudiadas
  • 37. 37 CARACTERISTICAS DE LOS PERNOS HIDRABOLTS UTILIZADOS [PAG. 14] Los 48 pernos Hydrabolts usados para las pruebas fueron proporcionados por la Cía. New Concept Mining Perú, del modelo HYDRABOLT Ф 29 (New Concept Mining, URL 2010), con 29 mm de diámetro y todos de 6 pies de longitud (1,8 m) y espesor de la pared del tubo de 2 mm. FotoNº 22 Marcado de lospernosHydraboltscargadosy descargadosensucabeza [TITULO]:PROPIEDADESMECANICASY DE SOSTENIMIENTODE LOSPERNOSDE ROCA INFLABES CARGADOS Y DESCARGADOS [AUTOR]:MSc. Ing. Emiliano Mauro Giraldo Paredez Docentedela UniversidadNacional Mayor deSan Marcos(UNMSM)