El documento trata sobre el diseño de revestimientos para estallidos de roca en minería subterránea. Explica qué son los estallidos de roca, los objetivos de los revestimientos, los elementos y materiales que se usan, y métodos para probar la capacidad de los revestimientos. También analiza el comportamiento del terreno y requisitos para que los revestimientos soporten cargas dinámicas.

1. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
ENERGETICA
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DISEÑO DE REVESTIMIENTOS
PARA ESTALLIDOS DE ROCA
Michel Van Sint Jan F.
Profesor de Ingeniería Geotécnica
Pontificia Universidad Católica de
Chile

2. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
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CONTENIDO
• Qué es un estallido de rocas.
• Objetivos del soporte o revestimiento
• Comportamiento del terreno
• Requisitos del revestimiento
• Elementos (materiales) de soporte
• Sostenimiento para minería profunda
• Ensayos
• Consideraciones sobre procedimientos de diseño

3. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
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Proceso de Hundimiento (Caving) en minería subterránea
Undercut Leve
Production Lev
Pre-Undercut Panel Caving
Undercut Level
Production Leve
Conventional Panel Ca
Undercut Level
Production Leve
Pre-Undercut Panel Caving
Undercut Level
Production Leve
Conventional Panel Cav
MINERÍA PROFUNDA, TENSIONES ELEVADAS

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4
RUPTURA DEL
MACIZO
Evento sísmico
ESTALLIDOS DE ROCA
ACTIVIDAD MINERA
DAÑO EN EN TÚNELES

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ESTALLIDOS DE ROCA
Falla frágil y violenta (en roca dura y con tensiones elevadas) = sismo

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6
DAÑOS
ESTALLIDOS DE ROCA
Falla frágil

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7
SISTEMA DE SOPORTE EN TÚNELES
 Sujetar (los bloques o el
elemento de retención)
 Retener el material
entre los anclajes
REVESTIMIENTOSANCLAJES
Hormigón o malla
metálica

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OBJETIVO DEL REVESTIMIENTO:
CONTROL DE GRIETAS (Túnel a presión, aducción)
CONTROL DEL TERRENO (DESPLAZAMIENTOS)
SOPORTE DEL TERRENO (RESISTENCIA)
DISEÑO ESTRUCTURAL:
EVALUAR CARGAS SOBRE EL REVESTIMIENTO
EVALUAR LA CAPACIDAD DEL REVESTIMIENTO:
RESISTENCIA
DESPLAZAMIENTO
Tipo de cargas del terreno y condiciones de borde
Momento y fuerza axial en las secciones críticas

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Falla por estallido de rocas.
Objetivos del revestimiento: Permitir deformación controlada, evitar colapso del
túnel
Malla + costura con cable + pernos
Malla y pernos
Falla frágil
EL SISTEMA COMPLETO DEBE RESISTIR

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DISEÑO ACEPTABLE
ELEMENTOS DE SOPORTE

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Pernos (de Barra Helicoidal).
Pernos, placa y tuercas
Pernos, placa y tuercas
Tensado con cilindro
hidráulico
Tensado con llave de torque

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El anclaje exterior de los cables trenzados se realiza con cuñas
cónicas, las que se cierran por la misma tensión que ejerce el cable.
El cabezal externo debe apoyarse en una fundación de hormigón, sobre un
muro, o sobre una viga de hormigón.
CABLES DE ACERO.

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www.excelenciaenmineria.uc.clMalla tejida
Malla
soldada
Tiras
Malla metálica
Cuidar unión de los
traslapos
Aguas ácidas

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+ Malla soldada
+ Malla soldada y cerchas de
+ Cerchas metálicas
SHOTCRETE +
SHOTCRETE

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Shotcrete con fibra
Fibra metálica Fibra sintética

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SOLICITACIÓN

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18
¿Cuál es la solicitación?
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Time (s)
Velocity(m/s).
Vx Vy Vz
Tiempo
Aceleración

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REQUISITOS DEL SISTEMA DE SOPORTE PARA CARGAS DINÁMICAS:
•CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA DUCTILIDAD
•TODO EL SISTEMA DEBE FUNCIONAR (BUSCAR EL ESLABÓN MÁS DÉBIL)

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Deformación de fluencia del acero
= 0,002*Longitud libre.
Si LL=5m, fluencia con D=1cm.
Estrangulamiento (necking)
→Rotura con D≈5cm.
FALTA DUCTILIDAD

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21
Modo de falla de las placas en
un estallido de rocas.
Estudio en laboratorio de la capacidad de
las placas bajo las condiciones de
deformación observadas en terreno.
Tesis de Miguel Palape.
COMPORTAMIENTO DE LAS PLACAS METALICAS.

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Laboratory folding tests

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DURABAR
CONE BOLTS

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ENSAYOS DE PANELES

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Absorción de energía de Mallas
Desplazamiento
(cm)
Desplazamiento (cm)
Carga(kN)Energía(kJ)
Malla A
Malla B
Malla B
Malla A
Biela
Típicamente: rotura de una
hebra en contacto con la
placa.

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26
Vista inferior a 11,5 ton
ENSAYOS
PANELES DE SHOTCRETE REFORZADO CON FIBRA SINTÉTICA

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27
Deformación al Centro
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Deformación (cm)
Carga(ton)
1B
2A
2B
3A
3B
4A
4B
Malla
6,0
6,75
9,0
PANELES DE SHOTCRETE
Fibra
sintética
Kg/m3

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Ensayos dinámicos: alternativas de ensayo
Simple: ensayo de impacto

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W=100Kg
H=50m
Área = 2mx4m=8m2
E = 49 kJ
O bien E = 6 kJ/m2

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31
Ensayos dinámicos: alternativas de ensayo
Elaborado: ensayo inercial

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ANÁLISIS

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3
3
Comportamiento de la malla metálica
Modelo 3-D para análisis numérico
Aspecto de la malla cargada
qz
qy
qx
qz
qy
qx
Fuerza
Deformación
S. Boldrini.

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34
Comportamiento malla tejida
Comparación entre ensayos y
resultados del modelo
Alambre:
5mm de diámetro
fy =10kN
Rombos de 14X16 cm
según las diagonales
S. Boldrini.

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Mr, vo
MODELO PARA CALCULAR EL REVESTIMIENTO:
Un sistema de varios grados de libertad, sometido a una carga
impulsiva.
El diseño se debe hacer considerando todo el sistema, no solamente la
capacidad de absorción de energía de los componentes por separado.
Mr
Ms
X1
Cb /2 Cb
/2
X2
kb
/2
kb
/2
ks C
s

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CALIBRACIÓN
RESULTADO DE UN
ENSAYO DE IMPACTO
Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb
(cm) Urb (cm)
0.13 0.565 6.2 4.2 2.5 25 50 0.1
50
RESULTADO DEL
MODELO

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0
1
2
3
4
0 0.005 0.01 0.015
Time (sec)
Flexión del shotcrete (cm)
Elongación de pernos
(cm)
Fuerza en el shotcrete
(tons)
Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb
(cm) Urb (cm)
0.43 1.0 4.2 4.2 2.5 20 24 0.1
2
SOPORTE RÍGIDO

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0
2
4
6
8
10
0 0.02 0.04 0.06 0.08
Time (sec)
Flexión del shotcrete
(cm)
Desplazamiento de los pernos
(cm)
Fuerza en el shotcrete
(tons)
Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb
(cm) Urb (cm)
0.43 1.0 4.5 4.2 2.5 25 24 0.1
10
COMPORTAMIENTO DE UN REVESTIMIENTO DÚCTIL

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Modelo N°1; Caída Libre Modelo N°2; Inercial
Modelo N°3; Pulso de
Aceleración
COMPARACIÓN NUMÉRICA DE ALTERNATIVAS DE ENSAYO

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40
Comparación numérica de diferentes ensayos
Time
Force
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
tiempo (s)
FuerzaenlaMalla(ton)
Fuerza en la Malla vs. Tiempo
Impacto Directo (v0
=6.2m/s)
Villaescusa (v0
=5m/s)
Pulso (v0
=3m/s)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
tiempo (s)
Desplazamiento(m)
Desplazamiento de la Malla vs. Tiempo
Impacto Directo (v0
=6.2m/s)
Villaescusa (v0
=5m/s)
Pulso (v0
=3m/s)
Tiempo
Displacement
Impácto Vo=6,2m/s
Inercial Vo=5m/s
Pulso Vo=3m/s
Impácto Vo=6,2m/s
Inercial Vo=5m/s
Pulso Vo=3m/s

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DESAFÍOS DEL DISEÑO:
DEFINIR LA SOLICITACIÓN
ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA
DEFINIR LOS CRITERIOS DE ACEPTACIÓN
imax
ir
i
u
u
FS
,
,

imax
ir
F
F
iFS
,
,

RESISTENCIA
DESPLAZAMIENTO
FACTOR DE SEGURIDAD

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42
GRACIAS