Este documento describe diferentes técnicas de sostenimiento utilizadas en minería subterránea, incluyendo pernos de roca, cables, malla metálica, concreto lanzado, cimbras metálicas, madera y relleno. Explica cómo estos elementos estabilizan la masa rocosa alrededor de las excavaciones y previenen movimientos e inestabilidades, con su mecanismo de acción dependiendo del tipo de roca. El sostenimiento es más importante en rocas fracturadas o débiles y en condiciones de altos

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS
ESCUELA DE MINAS
Curso:
DISEÑO DE MINA
Ingeniero:
PERCY VALDIVIEZO
Alumno:
ZAPATA PURIZACA WILFREDO PAUL
Temas:
APLICACIÓN DE LA GEOMECÁNICA Y
SOSTENIMIENTO
2011

2. APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA
Y SOSTENIMIENTO

3. INTRODUCCIÓN
La estabilidad de la roca circundante a una excavación
simple como un tajeo, una galería, un crucero, una
estación de pique, una rampa, etc, depende de los
esfuerzos y de las condiciones estructurales de la masa
rocosa detrás de los bordes de la abertura. Las
inestabilidades locales son controladas por los cambios
locales en los esfuerzos, por la presencia de rasgos
estructurales y por la cantidad de daño causado a la
masa rocosa por la voladura. En esta escala local, el
sostenimiento es muy importante por que resuelve el
problema de la estructura de la masa rocosa y de los
esfuerzos, controlando el movimiento y reduciendo la
posibilidad de falla en los bordes de la excavación.

4. SOSTENIMIENTO
El término “sostenimiento” es usado aquí para cubrir los
diversos aspectos relacionados con los pernos de roca
(de anclaje mecánico, de varillas de fierro corrugado o
barras helicoidales ancladas con cemento o con resina,
split sets y swellex), cables, malla, cintas de acero
(straps), concreto lanzado (shotcrete) simple y con
refuerzo de fibras de acero, cimbras de acero, gatas,
madera (puntales, paquetes, cuadros y conjuntos de
cuadros), relleno y algunas otras técnicas de
estabilización de la masa rocosa. Todos estos
elementos son utilizados para minimizar las
inestabilidades de la roca alrededor de las aberturas
mineras.

5. El Sostenimiento variará de acuerdo el tipo de
roca:
• En masas rocosas masivas o levemente fracturadas con
excavaciones bien perfiladas, habrá una mínima
necesidad de sostenimiento.
• En masas rocosas fracturadas o estratificadas con
excavaciones bien perfiladas, habrá un incremento en la
necesidad de sostenimiento.
• En masas rocosas intensamente fracturadas y débiles o
en zonas de falla o de corte, definitivamente habrá
necesidad de planear cuidadosamente el sostenimiento.
• En condiciones de altos esfuerzos, los cuales inducen
fallas en la masa rocosa de las excavaciones, será
esencial plantear estrategias especiales de
sostenimiento.

6. Objetivo de un Sostenimiento
Esencialmente, el sostenimiento hace que las piezas o
bloques rocosos interactúen y se entrelacen formando
una masa rocosa estable alrededor de la excavación.
Como en una excavación grande hay más estructura de
masa rocosa que en una excavación pequeña, habrá
mayor oportunidad de falla en las excavaciones grandes
y por tanto mayor necesidad de utilizar el sostenimiento.

7. Tipos de Sostenimiento
• PERNO DE ROCA
• CABLES
• MALLA METÁLICA
• CINTAS DE ACERO
(STRAPS)
• CONCRETO LANZADO
• CIMBRAS METÁLICAS
• GATAS
• MADERA
• RELLENO

8. PERNOS DE ROCA
El principio de su funcionamiento es estabilizar los
bloques rocosos y/o las deformaciones de la superficie
de la excavación, restringiendo los desplazamientos
relativos de los bloques de roca adyacentes.
Tipos de Pernos:
• Pernos de anclaje mecánico
• Pernos de varilla cementados o con resina
• Pernos de fricción (Split sets)
• Swellex

9. EFECTO CUÑA
En roca masiva o
levemente fracturada y
en rocas fracturadas, el
papel principal de los
pernos de roca es el
control de la estabilidad
de los bloques y cuñas
rocosas potencialmente
inestables.
Excavación
Pernos

10. EFECTO VIGA
En roca estratificada sub
horizontal y roca no
estratificada con un
sistema dominante de
discontinuidades
subhorizontales, los
pernos ayudan a resistir
el desplazamiento
relativo entre los estratos,
aumentando la rigidez de
la viga estructural que
forman y creando ligazón
entre los bloques
tabulares, para minimizar
la deflexión del techo.
Excavación
Pernos

11. EFECTO COLUMNA
En el caso de paredes
paralelas a estratos o
discontinuidades
subverticales, para
minimizar el pandeo de
los bloques tabulares.
Mineral
Relleno
Excavación
CAJA PISO
CAJA TECHO
Pernos

12. EFECTO ARCO
En roca fracturada e
intensamente fracturada
y/o débil. Instalados en
forma radial, cada perno
crea un bulbo de
resistencia, el cual al
interactuar con los bulbos
de los pernos adyacentes
forman un arco rocoso
portante que trabaja a
compresión, el mismo
que da estabilidad a la
excavación.
Excavación
Zona aflojada
Zona de roca reforzada
o zona de compresión

13. TIPOS DE PERNOS
Perno de varilla corrugada.
Perno de anclaje mecánico
Perno de fricción SPLIT SET. Perno de anclaje “SWELLEX”.

14. CABLES
Aparte de su fabricación
y capacidad de carga, no
hay diferencias
significativas entre los
pernos de varilla
cementados y los cables
inyectados con pasta de
cemento. En ellos rigen
los mismos principios de
funcionamiento, en el
caso de los cables hay
que adicionar a la acción
del refuerzo, la acción de
sujeción de los bloques
rocosos sueltos.
Taladro
Placa
Cemento
inyectado
Doble cable de
trenzado simple

15. MALLA METÁLICA
La malla metálica principalmente es utilizada para los
siguientes tres fines:
1. Para prevenir la caída de rocas ubicadas entre los
pernos de roca, actuando en este caso como
sostenimiento de la superficie de la roca.
2. Para retener los trozos de roca caída desde la
superficie ubicada entre los pernos, actuando en este
caso como un elemento de seguridad.
3. Como refuerzo del shotcrete.

16. Tipos de mallas
Malla eslabonada o tejida. Malla electrosoldada

17. CINTAS DE ACERO (STRAPS)
Estos elementos de
sostenimiento
usualmente tienen 1.8 m
de longitud, 10 cm de
ancho y 4 mm de
espesor, están provistas
de agujeros de 39 mm x
65 mm, para permitir
pasar por ellos los pernos
de roca a fin de fijarlos
sobre la superficie de la
roca. Son utilizadas
típicamente cuando la
roca circundante a la
excavación presenta
bloques medianos a
grandes.

18. CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE)
Concreto lanzado
(shotcrete) es el nombre
genérico del concreto
cuyos materiales
componentes son:
cemento, agregados,
agua, aditivos y
elementos de refuerzo,
los cuales son aplicados
neumáticamente y
compactados
dinámicamente a alta
velocidad sobre una
superficie.

19. Principios de acción del shotcrete en el
sostenimiento de excavaciones rocosas
• La acción conjunta del shotcrete y la roca, impide que
éstos se deformen independientemente.
• La interacción induce la formación de un esfuerzo radial
de confinamiento, que controla las deformaciones y que
aplicado sobre la periferia de la excavación, ayuda a la
formación de un arco de sustentación.
• El shotcrete mantiene el entrabe de las posibles cuñas o
bloques rocosos, sellando las discontinuidades o grietas
producidas por la voladura.
• Evita la alteración de minerales inestables presentes en
el macizo rocoso excavado, por efecto del intemperismo.

20. CIMBRAS METÁLICAS
Este típico sostenimiento pasivo o soporte es utilizado
generalmente para el sostenimiento permanente de
labores de avance, en condiciones de masa rocosa
intensamente fracturada y/o muy débil, que le confieren
calidad mala a muy mala, sometida a condiciones de
altos esfuerzos. Para lograr un control efectivo de la
estabilidad en tales condiciones de terreno, las cimbras
son utilizadas debido a su excelente resistencia
mecánica y sus propiedades de deformación, lo cual
contrarresta el cierre de la excavación y evita su ruptura
prematura.

21. Las cimbras son
construidas con
perfiles de acero,
según los
requerimientos de la
forma de la sección de
la excavación: en
forma de baúl,
herradura o
incluso circulares

22. GATAS
Constituyen unidades de
soporte mecánico de los
techos de las
excavaciones, que
funcionan a manera de
puntales, generalmente
utilizadas en el minado
de rocas suaves como es
típicamente el minado por
frentes largos en los
yacimientos de Carbón.
También utilizado como
elemento auxiliar antes
de la instalación de los
pernos de roca o para la
instalación de la malla
metálica.

23. MADERA
Actualmente el sostenimiento con madera tiene menor
importancia frente a los avances que han habido en las
técnicas de control de la estabilidad del terreno.
En la actualidad, la madera se utiliza por su adaptabilidad
a todo tipo de terreno, por su versatilidad para soportar
todo tipo de esfuerzo y por sus características de
deformabilidad, lo cual permite detectar en forma
temprana los desplazamientos hacia el interior de la
excavación.

24. Tipos de estructuras de madera
Puntales
Paquete de
madera

25. Cuadros
Encribado
Enrejado
y topeado
Sombrero
Postes
Cuadros rectos Cuadros cónicos

26. RELLENO
Uno de los elementos ampliamente usados como medio
de sostenimiento artificial en el minado subterráneo, es
el relleno colocado en los tajeos vacíos.
• El relleno restringe los desplazamientos de los bloques
sueltos de las paredes del tajeo, lo cual previene la
perturbación progresiva de la masa rocosa.
• El relleno actúa como soporte de las paredes rocosas
del tajeo, las cuales están sujetas a desplazamientos
inducidos por el minado adyacente.
• Si la masa del relleno es adecuadamente confinada,
puede actuar como un elemento de sostenimiento global
en la estructura de la mina.

27. CONCLUSIONES
Podemos concluir diciendo que el sostenimiento hace
que las piezas o bloques rocosos interactúen y se
entrelacen formando una masa rocosa estable alrededor
de la excavación. Como en una excavación grande hay
más estructura de masa rocosa que en una excavación
pequeña, habrá mayor oportunidad de falla en las
excavaciones grandes y por tanto mayor necesidad de
utilizar el sostenimiento.

28. RECOMENDACIONES
Es importante que todo el personal de la mina esté en
capacidad de reconocer los diferentes tipos de
sostenimiento, el por qué de su utilización, los
procedimientos de su instalación y darse cuenta cuando
es necesario hacer ajustes y cambios en los sistemas de
sostenimiento para beneficiar a todo el personal de la
mina.