Construccion de Tuneles, Piques y Chimeneas

7/22/2019 Construccion de Tuneles, Piques y Chimeneas

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Publicado por el Departamento de Ingeniera de Minasde la Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas de laUniversidad de ChileDerechos Reservados baio Registro de PropiedadIntelectual segn Inscripcin NQ 7 5 394 del 8 deAgosto de 7998 7Q EdicinISBN: 956 19 265 6

Impresores: Servicios Grficos Claus von Plate yCa Ltda

Santiago Agosto 99

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PRO O O

El epartamento de Ingeniera de Minas de la Universidad de Chile se complace en poner adisposicin de la comunidad minera este libro sobre Construccin de Tneles, Piquesy Chimeneas ,escrito por el distinguido profesional y profesor Camilo Salinas Torres.

la iniciativa obedece a la necesidad de contar con un texto en lengua hispana que sirva tanto alos estudiantes de ingeniera como a los profesionales que trabajan en proyectos o sedesempean enterreno en su deseo de perfeccionar conocimientos y aplicarlos correctamente en un tema tan particu-lar en este pas minero.

Adems, el Departamento dentro de su plan de modernizacin de la enseanza de ingenierade minas, siente la responsabilidad de una mejor docencia y tambin de extender parte de suqueha-cer hacia la industria minera, sobretodo en un perodo en que seest recibiendo de ella un decididoapoyo para desarrollar sus actividades en un entorno cada da ms exigente y competitivo.

Camilo Salinas es ingeniero civil de minas egresado hace ya ms de 20 aos de esta Facultad.Ha tenido la oportunidad de trabajar en diversas empresas mineras como ingeniero de operaciones ytambin como ingeniero de estudios y proyectos. Durante gran parte de estetiempo ha estado ligadoa la docencia en el Departamento de Ingeniera de Minas. Sus actividades le han permitido aunarconocimientos tericos con experiencia prctica, que ahora tiene la generosidad de entregar a gene-raciones mineras que seestn formando y a aquellas que desean refrescar sus conocimientos.

Vayan nuestros agradecimientos a muchas personas e instituciones que han hecho posible laedicin de estelibro. Enespecial debemos mencionar a CODElCO-CHllE, patrocinador de la CtedradeTecnologa Minera, y a las autoridades de la Facultad de Ciencias Fsicasy Matemticas que con supermanente apoyo han hecho posible la publicacin de esta valiosa obra. A todos muchas gracias yesperamos poder materializar otras iniciativas en esta misma direccin. .

BRUNO BEHN THEUNEDIRECTOR

Departamento de Ingeniera de Minas

Santiago, 7 de Septiembre de 1998.

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milo alinas orresIngeniero Civil de Minas egresado en el ao 797inici su vida profesional en Sociedad MineraPudahuel Ltda. C.P.A; donde se desempe o oIngeniero de Estudios. Posteriormente cumplefunciones como Ingeniero Administrador en CompaaMinera Contractual Navarra y Compaa MineraRegional de Vallenar en la produccin de mineralesde Cu Au; y Ag.Permcmeceen Compaa Minera Catemu Ltda. entrelos aos 798 y 798 o o Ingeniero Administradorde Mina y Planta en la produccin de minerales yconcentrados de Zinc Plomo; Plata; Cobre y Oro.Su inters por el tema de las excavaciones mineras yciviles lo lleva a integrarse a Stager ExcavacionesLtda.; como Gerente de Operaciones; participando enel estudio; planificacin y ejecucin de una importante cantidad de proyectos de construccin de galeras;piques y chimeneas usando mtodos mecanizados; atravs de todo Chile y en Brasit con fines deexploracin y produccin de minas.Desde 799 a 7997 cumple funciones en Ingenieray Construcciones Mas Errzuriz S.A; como SubGerente de Estudios participando en el estudios deproyectos de construcciones mineras y civiles en elpasy para licitaciones enBrasit Ecuador;Per;y Argentina.Durante su vida profesional ha visitado diversas faenasmineras y de construcciones subterrneas enInglaterra; Canad; E.E.u. u. y Sud Amrica.Actualmente se desempea como Acadmico delDepartamento de Ingeniera de Minas de la Facultadde Ciencias Fsicasy Matemticas de la Universidadde Chile; adems de Consultor en Minera en el pas.

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Prlogo

INDICE

INTRODUCCiN11 1

CONSTRUCCiNDETUNELESDefiniciones 19

1 2 Mtodosde Construccin1.2.1. Variablesde Diseo.1.2.2. Mtodosde Construccin.1 31 41.4.1.1.4.2.1.4.3.1.4.4.1.4.5.1 51.5.1.1.5.2.1.5.3.1.5.4.1.5.5.1.5.6.1 61.6.1.1.6.2.1.6.3.

202021

Operaciones Unitarias 23PerforacinPerforacin manual.Aceros de perforacin manual.Perforacin mecanizada.Equipos de perforacin mecanizada.Aceros de perforacin para equipos mecanizados.

232324252526

TronaduraNomenclatura de tiros.Tipos de rainuras.Diseo de la rainura large hole cut.Ubicacin y carguo del resto de los tiros.El contorno del tnel.Consideraciones prcticas para el diseo del diagrama de disparos.

27 7 833373839

Sistemasde Carguo y TransporteIntroduccin.Equipos de carguo para construccin de tneles.Equipos de transporte en la construccin de tneles.

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22 12 2

2 32 42 52 5 12 5 22 5 32 62 6 12 6 22 6 32 7

ONSTRU iN EPIQUESIntroduccin 55Procedimientos para el diseode un pique 56

Propsito del pique 56Ubicacin e inclinacin del pique 57

Arreglo seccional de un piqueConjuntode vigas de madera en una seccin circularConjunto de vigas de acero en una seccin rectangularConjunto de vigas de acero en una seccin circular

58586365

Arreglo superficial de un piqueIntroduccinUbicacin del huinche principalPeinecillo o Castillete

69696970

Collar del pique 73

2.8. Definicinde loshuinchesy cablesde izaje en la etapa construccin.2.8.1. Movimientodel baldede marinay accesodel personal2.8.2. Movimientoy suspensinde la plataformade trabajo

2.9.2 9 12 9 22 9 3

757577

Mtodo de excavacinPerforacinTronadura: argua en piques

84848489

2 10 Drenajedelpique 962 11 Fortificacindelpique2 11 1 Impermeabilizacin

9697

2 12 Algunospiques construidosen Chile 98

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3.-3.1.-3.2.-3.2.1.-3.2.2.-3.2.3.-3.2.4.-3.2.5.-

3.3.-3.3.1.-3.3.2.-3.3.3.-3.3.4.-3.3.5.-3.3.6.-3.3.7.-3.3.8.-3.4.-3.4.1.-3.4.2.-3.4.3.-3.4.4.-3.4.5.-3.4.6.-3.4.7.-3.4.8.-3.5.-3.5.1.-3.5.2.-3.5.3.-3.5.4.-3.5.5.-3.6.-3.6.1.-3.6.2.-3.6.3.-

CONSTRUCCiNDECHIMENE Sntrodu in

Chimeneas manuales convencionalesDefinicionesCiclo de construccinVentajas del mtodo convencionalDesventajas del mtodo convencionalRelaciones prcticas entre el largo de perforacin,seccin de la chimenea y nmero de tirosChimeneasconstruidas con Jaula TrepadoraDefinicionesDescripcin del equipoEtapas de la construccinCaractersticas de los diferentes modelos de Plataformas Trepadoras.Carga admisible en la Plataforma TrepadoraCiclo de construccinVentajas del mtodoDesventajas del mtodoMtodo Vertical Crter Retreat V.C.R.Teora de la tronadura tipo crterAplicaciones del mtodo veR.Perforacin para el veR.Tronadura en el VeR.Relaciones entre el burden, dimetro de perforacin y el peso de la carga de explosivos.Diagramas de disparos veR.Secuencia de operacin en una chimenea VeR.Ventajas y desventajas del mtodo veR.Mtodo usando equipo Raise orerDefinicionesSistemasdel mtodoComposicin del equipoElementosde perforacin .Ventajas y desventajas del mtodoMtodo usando Jaula JoroDefinicionesAntecedentes de operacinVigencia del mtodo

101101101102103103103104104104107109111112114115115115212112112112212612612812812833132

135135136136

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4 FORTIFICACiN4 1 Introduccin 1394 2 Factoresque fe t n la estabilidadde unaexcavacin 1394 3 Monitoreo4 3 1 Medicionesde lossfu rzosdel macizo rocoso4 3 2 Medicionesde aguassubterrneas

140140141

4 4 Conceptosde Rigidezy Cedencia 1414 5 FortificacinActivay Pasiva 1414 6 Clasificacinde losSistemasde Fortificacin 1424 7 Comportamientode unaexcavacin 1434 8 Tiposde Fortificacin4 8 1 rnos de anclaje4 8 2 Pernosde anclajemecnico4 8 3 Pernoscon lechada de cemento4 8 4 Pernos con resina epxica4 8 5 Cables con lechada de cemento

4 8 6 Pernos con anclaje de friccin4 8 7 Test de Stillborg4 8 8 Hormign proyectado4 8 9 Mallas de Fortificacin4 8 10 Marcos de Fortificacin

144144144149151151154156157164167

Referencias

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INTRO U ION

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INTRO U ION

Lostneles son construcciones subterrneas que cumplen el objetivo de ser medios por los cuales se realizaun transporte eficiente ante condiciones naturales adversas tales como: atravesar una cordillera un cerro unro servir de acceso subterrneo para las diferentes aplicaciones que presenta la minera subterrnea servir depaso de agua para un proyecto de regado permitir la operacin sin fallas del transporte subterrneo de lapoblacin de una ciudad permitir el paso del ferrocarril.

En minera subterrnea los tneles se presentan en diversas variedades y denominaciones pero en general podemos afirmar que son los medios de acceso para iniciar un trabajo de exploracin adems de ser losmedios de acceso a los minerales su explotacin y su posterior remocin a superficie.

Los tneles forman parte en cada momento della vida diaria de las comunidades de los pases masdesarrollados y su servicio y rango general de aplicacin aumenta con la expansin de las necesidades de lascomunidades del mundo.Desarrollo Histrico del rte de Construccin de Tneles

Cualquier apreciacin en el presente no puede dejar de mencionar los increbles acontecimientos de losltimos3.000 aos. Tneles de cientos y miles de aos de edad an permanecen en pie en estos das representando el gran entrenamiento en el Arte de Construccin de Tneles elcual se haba desarrollado en esos tiempos.

Los tneles jugaron un im;>ortantepapel en el desarrollo de la civilizacin. El valor de los tneles fueapreciado por el hombre primitivo el cual por el natural deseo de ampliar su refugio subterrneo o alargar lospasadizos bajo tierra desarroll el entrenamiento adecuado para realizar estos trabajos con tcnicas de esostiempos. Las cavernas donde viva el hombre primitivo muestra las evidencias del desarrollo de trabajos deexcavacin y su capacidad de aprovecharlas para mejorar sus condiciones de vida. Cavernas fueron usadascomo refugios por el hombre primitivo hace unos 40.000 AC. aos en Australia

Tan pronto las primeras civilizaciones reconocieron la importancia de los tneles en ganar accesos parallegar a encontrar materiales y minerales que mejorarn sus condicipnes de vida. Por ejemplo en Grimes Gravesal este de Anglia en el Reino Unido se encontraron testimonios d ~excavaciones en piedras grises las que alfrotarlas entre si producan chispazos de fuego que aprovechaban/en su vida diaria. Estas excavaciones fueronrealizadas probablemente entre el 15.000 y el 10.000 AC.

Alrededor de los aos 4.000 a 3.000 AC. parece haber sido el tiempo en que las excavaciones en rocassuaves ocuparon la atencin del hombre de esa poca por la construccin de diferentes tipos de aperturassubterrneas. Lasminas de cobre en Sina operaron desde la Edad de Bronce alrededor del 3.000 AC. Tambinlas minas de oro en Egiptoempezaron a operar en ese perodo. Toda esta minera incipiente necesit de accesosa los depsitos y vetas horizontales e inclinados. Se han encontrado vestigios de las actividades mineras de esostiempos.

Elgran campo de aplicacin de I~stneles fue apreciado por el hombre desde sus comienzos valorandolos mltiples propsitos: Por ej. desarrollaron tneles para ser usados como vas de escape en la guerra o paraimplementar el asalto a una fortaleza enemiga o para transportar agua desde un ro o para simplemente paraefectuar el ingreso y egreso de personas.

A medida que pasa el tiempo el hombre va logrando mayor entrenamiento en la construccin de tnelesy sus excavaciones asociadas. Tneles de centenas de metros son construidos con xito entre los aos 500 AC y1.500 D.C . En este perodo se aprecia un desarrollo paulatino lento pero que sirve para que el hombre vaya

INTRODUCClON 1 3


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resolviendo los problemas propios de la excavacin con los recursos limitados con que contaba. Enesta pocase enfrentan proyectos de minera y civilesque aumentan poco a poco en complejidad con el paso del tiempo.

La construccin de tneles da un gran salto en los siglos 18 y 19 con la Revolucin Industrial y deberesponder con mpetus ante esta emergencia especialmente en aplicaciones globales en el tema del transporte.Lostneles formaron parte integral del desarrollo del transporte por ferrocarril y algunas hazaas de ingenierafueron realizadas en la construccin de tneles para atravesar montaas de mayor longitud.

Uno de los mayores tneles de drenaje de aguas que se haba visto en la poca es por ejemplo en HillCam Derbyshire Reino Unido construido entre los aos 1.766 y 1.787 con una longitud de 7 km. y que tuvouna gran importancia en el desarrollo de algunos sectores con minerales.

Por otra parte estos canales subterrneos tuvieron un mejor diseo y fueron de gran utilidad para laminera del carbn en el Reino Unido en los siglos 18 y 19 como por ejemplo los canales subterrneos queservan de evacuacin de aguas en las minas de carbn de Worsley y formaban parte del sistema del canalBridgewater con unos 70 Km. de desarrollos aproximadamente.

En minera toda la profundizacin para acceder a los depsitos minerales deba hacerse por medio detneles y el xito de los proyectos dependa del desarrollo de las tcnicas de excavacin el aumento de lasdificultades ge61gicas del terreno y el desarrollo y aplicacin con xito de nuevas tcnicas de sostenimiento detneles. En Africadel Sur se construyeron en forma exitoso tneles mineros de 3 a 4 km. de extensin.

El t ransporte a travs de tneles bajo ros lagos canales y costas ha probado ser uno de los mayoresdesafos que algunos pases han enfrentado con xito en este siglo con la perspectiva de los grandes beneficiosque reportarn para la vida y dsarrollo de los pases. Una de las obras culmines es la construccin del TneldelCanal de la Mancha que atraviesa el canal del mismo nombre uniendo las ciudades de Dover en Inglaterra yCalais en la costa norte de Francia produciendo un lazo de conexin expedito de insospechadas proyeccionespara el intercambio comercial entre los pases de Europa central y los pases del Reino Unido.ElImpacto de la Perforacin y ronadura

En los comienzos el avance de los tneles se realiza excavando con martillo y cincel yen algunos casosfragmentando la roca por la rpida contraccin que se produca al rociar con agua fra una superficie de rocapreviamente calentada a altas temperaturas.

Es solamente en los ltimos 300 aos que la perforacin y la tronadura es utilizada en las operaciones deexcavacin de un tnel. Laadopcin de nuevas tcnicas ms eficientes permiti extender la excavacin de tnelesa formaciones de roca ms duras.

Laperforacin fue inicialmente netamente manual y ms tarde con la introduccin de la energa aumenten gran medida los rendimientos de los avances.

La introduc cin del aire comprimido revolucion la prctica constructiva de los tneles.Por otra parte la introduccin ~e los explosivos su continua evolucin y perfeccionamiento aumento

significativamente las expectativas y fue consolidando las prcticas de construccin de tneles en los ltimos 300aos.

Influencia del onocimiento Geolgico

El avance del conocimiento geolgico permiti establecer con mayor exactitud las caractersticasgeomecnicas de la roca que va a ser excavada. Este desarrollo permite anticiparse al progreso del tnel

14 - CONST RUCCION DE TUNE LE S P IQUE S y HIMENE S


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definiendo con buena exactitud las condiciones estructurales tales como: tipo de roca presencia de fallas yfracturas en la lnea de excavacin competencia de la roca presencia de agua cambios de calidades de rocay finalmente las necesidad de usar mtodos de sostenimiento de las paredes y techo del tnel. Sin duda elconocimiento geomecnico de la roca a ser excavada es una de las actividades de primera importancia quedebe ser resuelta antes de iniciar el progreso de la excavacin.El Desarrollo de la quin ri de Construccin de Tneles

Al primitivo mtodo de excavacin con marfil lo y cincel se produce un gran desarrollo de la maquinariapara tneles con la incorporacin de formas de energa para su funcionamiento. Elaire comprimido la energaelctrica la utilizacin de maquinara diesel la energa suministrada por medio de bombas hidrulicas entregan una amplia gama de posibilidades de maquinara alternativa para la excavacin.

Estedesarrollo y su perfeccionamiento se produce principalmente en los ltimos 300 aos y revolucionalas operaciones de perforacin tronadura carguo remocin de la roca servicios y sostenimientos en construccin de tneles.

Para secciones mayores y largas longitudes de tneles la incorporacin de maquinaria de excavacinmecnica por corte y cizalle es una gran contribucin para el desarrollo de la prctica de tneles en rocasblandas a semiblandas ya que aument los rendimientos de avance en forma significativa elimin el uso de losexplosivos realiza la remocin de la roca a travs del mismo equipo como tambin permite realizar el sostenimiento del tnel con mecanismos.propios del equipo.

INTRODUCClON 5

CL SIFIC CIONGENER LDELOSTUNELESClasificacin plicacionesde lostnelesA. Tnelespara trfico 1. Tnelesr ferrocarril.

2. Conexiones para caminos y autopistas.3. Tnelespeatonales.4. Tnelespara navegacin.5. Tnelespara transportemetropolitano.

B. Tnelespara transmisin 1. Plantashidroelctricas.2. Tnelespara conduccinde serviciospblicos.3. Tnelespara abastecimientode aguas.4. Tnelespara colectoresy alcantarillados.5. Tnelespara transportede materialesen industrias.

C. Tnelesmineros 1. Deaccesoprincipal de una mina.2. De exploracin.3. De explotacin:rampas galeras estocadas etc.4. Galerasde servicio:evacuacinde aguas ventilacin.


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Perodo

40.000 AC.15.000 a 10.000 AC.3.000 a 1.000 AC.

2.000 AC.

500 AC. a 500 D.C.700 AC..90D.C.500 a 1.500 D.C.Siglo 15 aos1.4001.6791.826 al 1.829.1.8421.857 al1 .871

1.872 al 1.8811.918 al 1.9341.924 al 1.9271.959 al 1.9651.964 al 1.9831.968 al 1.9741.9881.988 al 1.992

Ejemplos del desarrollo de la onstruccin de Tneles en el tiempo

escripcin

Bomvu Ridge : minas primitivas de hematitaGrimes Graves East Anglia. Minas de fluoritaEgipto y Malta: galeras asociados a minas sepulcros ytemplos.Babilonia: Tnel Efrates construido para atravesar elro del mismo nombre.Romanos incorporan acceso para el drenaje de aguas.Jerusaln: Tnel para abastecimiento de agua.Posilopo tnel para transporte en Roma.Tneles para propsitos militares.Hungra Mina Biber tnel de drenaje.Fraancia: tnel del canal Laanguedoc. Introduccin dela plvora en la tronadura de rocas.Lnea Manchester-Liverpool: Primer tnel para ferrocarrilTnel Thanes en Inglaterra para desvo del ro.Italia-Francia: tnel Mont Cenis para ferrocarril. Seintroduce perforacin hidrulica y se usa por primeravez la dinamita creada por Nobel en 1864.Francia: Tneel Saint GotthardJapn: Tnel Tanna.E.E.U.U. Tel New CascadeFrancia: Tnel Mont BlancJapn: Tnel Seikan 3A km. Bajo el aguaAfrica del Sur: Tnel Orange FishJapn: Tnel Principal SeikanInglaterra-Francia: Tnel del Canal de la Mancha.

16 - CONSTRUCCION DETUNELES PIQUES y CHIMENEAS

longitud

Sobre 10 mt.

1.000 mt.

200 mt.900 mI.

5 a 6 km.

150 mt.

127 km.

15 0 km.7 8 km.12 4 km.127km.53 8 km.82 5 km.

50 0 km

eccin

3 6 x 4 6

07 x 07A= 7 5 mt.

67x 11 3

8 0 x 7 5

8 0 x A8A x 5,344,9 x 7,39,0 x 12,55,0 x 4,2Ll= A m.

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1 CONSTRUCCION DETUNELES

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1 ONSTRU ION ETUNELES

1 1 Definiciones

El presente trabajo se centrar en describir las metodologas ms usadas en 'a construccin de tneles,orientadas, principalmente al trabajo minero, indicando las variables que intervienen en cada una de las opera-ciones unitarias.

Tneles. Corresponde a una labor horizontal o casi horizontal con inclinacin de un 3 o 4 generalmen-te de 0,5 a 1 , que permite el escurrimiento natural de las aguas provenientes de los trabajos de perforacin yde las filtraciones eventuales del terreno, en el cual se realiza la construccin. Normalmente se define como tnel,cuando existe salida a superficie por ambos extremos de la excavacin.

Entre los tneles carreteros ms conocidos en nuestro pas podemos mencionar: Tnel lo Prado queparticipa en 'a Ruta 68 que une Santiago y Valparaso y el TnelMeln ubicado en la cuesta del mismo nombre,en la Ruta 5 Carretera Panamericana Norte y que nos permite acceder hacia el norte de nuestro pas.Socavn. Corresponde a una labor con las mismas caractersticas que los tneles, pero que cuentan conuna sola salida a superficie. Estetipo de labores es muyutilizada en minera, por ejemplo, en yacimientos que porsu geometra es necesario accesarlos por medio de socavones horizontales ubicados a diferente cota, haciendoposible su explotacin y remocin de la roca a superficie.Galera. Corresponde a una labor construida al interior de una mina que se inicia a partir de un socavnprincipal, y que cumple funciones en la etapa de exploracin o explotacin de unyacimiento minero. Por ejemploen las etapas de exploracin es frecuente realizar galeras de reconocimiento que nos permitan conocer lalongitud del cuerpo mineralizado estudiado o que nos permitan llegar a puntos estratgicos donde se puedaubicar un equipo de sondajes y proseguir con las exploraciones. En la etapa de explotacin de minas las galerasjuegan un papel fundamental, actuando como galeras de transporte intermedio o principal, galeras de perfora-cin en Block Caving, galera base en una explotacin por el mtodo Shrinkage y en una gran cantidad dealternativas.

Estocada. Esuna labor horizontal o casi horizontal que se inicia a partir de una galera interior mina, quees normalmente ciega de corto desarrollo, y que cumple habitualmente funciones de servicio.Rampas. Son labores similares a las galeras, pero con una inclinacin positiva o negativa sobre un 5que permite servir de entrada principal a una mina accesando a los diferentes niveles de trabajo, que estn a.distintas cotas.

Entre las rampas ms importantes actualmente en operacin en nuestro pas, podemos nombrar: ElSocavnRampa de Sociedad Minera Punta del Cobre con una seccin de 5,5 mt. de ancho y 4,5 mt. de alto y permiteacceder a la mina y realizar la extraccin de toda la produccin de minerales de cobre. Otro ejemplo interesantees la Rampa Inca en la mina ElSalvador, en la Tercera Regin del pas, que permite acceder en forma expedita alos diferentes sectores de la mina: sectores Inca Oeste, Inca Norte e Inca Central. De todas formas este tipo delabores se ha transformado en una solucin muyconveniente para acceder a diferentes cotas, frente a la alterna-tiva de construccin de un pique principalmente por:

Tienemayor Rexibilidaden absorber aumentos de produccinfrente a un pique, en algunas oportunidades,solo el aumento de unidades de perforacin, carguo y transporte permite aumentar la extraccinde minerales.

TUNElES 9


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Permite una evacuacin mas expedita que un pique ante una situacin de emergencia. Enuna rampa solo el reemplazo de una unidad de transporte permite mantener el nivel de extraccinen forma mas rpida que reemplazar el equipo de extraccin de un pique.

De todas maneras la adopcin de un sistema de rampa o pique depender del anlisis tcnico econmico delproyecto especfico.En todos estostipos de labores descritos el mtodo constructivo estar condicionado a las variables de diseo ya la estrategia de construccin que seelija.1 2 Mtodos de Construccin de Tneles

Dependiendo de las caractersticas de diseo de un tnel se tendrn diferentes y variados mtodos para suconstruccin.

1 2 1 Variables de Diseo Corresponden a los diferentes aspectos geomtricos geomecnicos y ambientalesque nos determinan la metodologa constructiva a adoptar y que son principalmente: seccin o rea til deltnel longitud inclinacin o pendiente tipo y calidad de la roca a ser excavada existencia de aguas y altitud.

Seccin Nos determinar el tamao de los equipos de perforacin carguo transporte ventilacin yadems nosdefinir la estrategia de operacin a utilizar.

Longitud Nos determinar la estrategia de carguo y transporte de la roca fragmentada a superficie. Estavariable combinada con la seccin del tnel jugar un papel importantsimo en la eleccin de los equipos deconstruccin a utilizar.

A menor seccin de tnel mayores sern las restricciones que se tendrn en poder incorporar grandescantidades de aire fresco para lograr un ambiente adecuado trabajo para el personal por el mayor dimetro delos ductos de ventilacin que senecesitarn.

Conjuntamente a esto a mayores longitudes el manejo de los gases provenientes de la tronadura seharcada vez ms difcil por la restriccin de espacio y la distancia de recorrido para evacuar a superficie el airecontaminado.

En estos casos especficos tendremos que buscar soluciones con equipamiento y explosivos que sea menoscontaminantes. Laenerga neumtica y la elctrica esconsiderablemente menos contaminante que la generacinde energa por medio de motores disel.

nclin cino Pendiente Nos determinar la necesidad de construir estaciones de drenajes e instalar elequipamiento adecuado para evacuar las aguas provenientes de la perforacin y las filtraciones naturales propiasdel terreno. Adems definir la necesidad de construir cunetas para evacuacin por gravedad o la instalacin detuberas para la evacuacin forzada. . didade l Roca Estavariable es de vital importancia tenerla bien definida en la etapa de diseo deltnel. Nos determinar la necesidad de colocar sostenimientos al tnel y que tipo de los m.ismos.

El conocimiento de un prfil geolgico-estructural por el eje del tnel nos permitir visualizar con anticipacinel tipo de terreno por donde se har /0 construccin con lo cual podremos definir en el desarrollo del tnel lostipos de sostenimientos ms adecuados.

20 - CONSTRUCClON TUNElES PIQUES y CHIMENEAS


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Existenciade Aguas Conjuntamente con la pendiente del tnel, nos revelar la necesidad de tener estacionesde evacuacin de las aguas yola vez nos determinar realizar operaciones especiales de sostenimientos comoimpermeabilizaciones de las paredes y techo del tnel, por ejemplo.

Altitud Esta condicin ambiental, nos definir la necesidad de corregir la potencia de los motores de losequipos elegidos por el menor rendimiento de operacin que presentan a medida que trabajan a una cota mayorsobre el nivel del mar.

Resumiendo, la combinacin de estasvariables de diseo de tneles con las caractersticas de disposicindel proyecto de tneles especfico, nos indicarn el mtodo constructivo y la estrategia de operacin a elegir.

1 2 2 Mtodos de Construccin Dependiendo de las variables de diseo y la estrategia de operacin, sepodrn identificar los mtodos de construccin manuales, mecanizados y especiales. En todos los proyectos detneles participarn siempre una combinacin de estos mtodos dependiendo de la metodologa adoptada.

MtodosManuales: Referido principalmente a las operaciones de perforacin y tronadura si son realizadascon el aporte de energa manual para su realizacin.Por ejemplo: perforacin manual con jack-Ieg y carguomanual del explosivo.

MtodosMecanizados: Referidos al uso de equipos en que a participacin del hombre essolo de operacinde un sistema con energa propia de cualquier tipo.Por ejemplo: Perforacin con Jumbo Electrohidrulico y Carguo de Anfo mecanizado.Mtodos Especiales:Preferentemente referido a los mtodos en que el aporte del hombre es solo de

operacin y no secontempla el uso de explosivos para fragmentar la roca. Enesta clasificacin consideraremoslos mtodos de corte y cizalle.

Por Ejemplo: Uso de Tunnel Boring Machine lB.M.) en un tnel de gran dimetro y longitud.

continuacin se presentan las alternativas para las diferentes Operaciones Unitarias en la Construccinde Tneles:

Utilizando la clasificacin realizada anteriormente podemos intentar hacer una aproximacin relacionandolas operaciones unitarias en la construccin de tneles y las diferentes metodologas usadas para algunos rangosde secciones y longitudes ms frecuentes.

TUNELES

Alternativas segn Operacin Unitaria y Tipo de Energa

Op Unitaria Manual Man Neumtica ElectroDiesel Hidr

Perforacin P P2

Tronadura T T2

arguo C1 C2 C3

Extraccin El E2 E3


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Entodo caso esta presentacin no tiene carcter absoluto pudindose dar la combinacin de uno o mssistemas.

A continuacin seentregarialgunos ejemplos de metodologas utilizadas en casosfrecuentesde construccinde tneles y galeras mineras y civiles.

a Galera de 2 0 x 2 0 mt. o 2 5 x 2 5 mt. y longitudde 200 mt.

Extraccin

neumtica con perforadora jack Ieg.manual.manual a carro decauville.pala neumtica a carro decauvil le ocon scoop de 1 o 2 yd3 .carros decauville a.superficie scoop de 1 o 2 yd3 a superficie.

PerforacinTronaduraCarguo

b Galera de 2 0 x 2 0 mt. o 2 5 x 2 5 mt.y longitudde 1.000 mt.PerforacinTronaduraCarguoExtraccin

manual con perforadora jack legmanual.manual o mecanizada con pala neumtica a carro decauville.locomotora elctrica a batera.

c Galera de 5 0 x 5 0 mtsy longitudde 200 mts.PerforacinTronadura

mecanizada con jumbo electrohidrulico.mecanizada concargador deanfo tipo jet anol.

22 CONSTRUCClON DETUNELES PIQUES y CHIMENEAS

LON ITU L TUN LSECCION

Hasta 200 m 200 al. 000 m 1.000 a 10.000 m Sobre 10.000 m

Hasta 6 25 m2 PlT1 C3E3 PlT1 C2E2

6 25 a 9 m2 PlT1 C3E3 PlT1 C2E3 P1TlC2E3

9 m2 a 49 m2 P2T2C3E3 P2T2C3E3 P2T2C3E3

Mayor que 49 m2 P2T2C3E3 P2T2C3E3 Mtodos Especiales


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rguoExtraccin

scoop de 5 yd3 a superficiescoop a superficie.

dIGalera de 5 0 x 5 0 mts. y longitud de 1.000 mts.PerforacinCarguoTronaduraExtraccin

mecanizada con iumbo electrohidralico.scoop de 5 yd3 a estocada de carguo.mecanizada con jet-anol.camin bajo perfil desde estocada de carguo a superficie.

Como podemos apreciar cada proyecto de construccin de tneles tendr sus caractersticas propias yser nuestra misin la eleccin del mtodo constructivo y la estrategia de operacin.1.3. Operaciones Unitariasen Construccinde Tneles.

Corresponden a las actividades secuencia les que es necesario analizar y resolver para llevar a cabo unproyecto de construccin de tneles y son:

Perforacin: Nos definir el sistema de perforacin a utilizar manual con Jack-Leg o mecanizada conequipo electrohidrulico y todas las caractersticas inherentes al tema como el diseo mismo del diagrama deperforacin.

Tronadura:Definicindel tipo de explosivos a usar conforme al diagrama de perforacin utilizado el tipode roca que se tenga en el proyecto especfico y las cargas de explosivos ms adecuadas.

Carguo:Definicin del sistema de carguo a utilizar dependiendo de las variables de diseo tales como.Seccin longitud e inclinacin del tnel. Frecuentemente se utilizan equipos como palas neumticas sobre rieleso cargadoras de mina de bajo perfil cargando a carros mineros para secciones de hasta 9 m2y desarrollossobre 600 mt. de tnely cargadoras de mina de mayor tamao cargando a unidades de transporte independientescomo camiones.

Extraccino remocin de la roca: Definicin del sistema de extraccin de la roca proveniente de lastronaduras. Depender de las variables de diseo tales como: seccin longitud e inclinacin del tnel.Servicios: En este punto se agrupan todas aquellas actividades adicionales que es necesario disear

resolver e implementar tales como: generacin y transmisin de aire comprimido agua y energa elctrica einstalaciones de los sistemas de drenaje y ventilacin.1.4. Perforacin.1.4.1. PerforacinManual.Corresponde al tipo de perforacin realizada con mquinas livianasde accionamientoneumtico de 30 a 40 kg.

Su funcionamiento es en base a la.energa proporcionada por el aire comprimido cuya eficiencia es de un20 aproximadamente. Su uso es principalmente para secciones de tnel de hasta 9 m2. Dependiendo de ladureza de la roca y sus condiciones estructuralestendremos los siguientesrangos de velocidad de perforacin neta:

Rocas durasRocas mediasRocas blandas

0 10 a 0 15 mt./min.0 15 a 0 25 mt./min.0 25 a 0 35 mt./min.

TUN S23


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Existe una gran variedad de mquinas perforadoras cuyos valores de inversin van desde US 1.500 aUS 4.500 dependiendo de la marca, modelo y procedencia.

Entre los modelos ms usados en la construccin de tneles de seccin menor tenemos:

SECOMaqChinHolmanAtlas Copco

Modelo S-250Modelo YT-27Modelo S 3 3Modelo BBC 17 W

En todo caso para aplicaciones generales, en el estudio de un proyecto de tneles de seccin menorpodemos considerar para las mquinas perforadoras manuales una vida til entre 9.000 y 12.000 mt. deperforacin, exceptuando las mquinas de procedencia china, que estn diseadas para una vida til de 4.000a 6.000 mt. de perforacin, aproximadamente.

J.4.2~- eros de Perforacin anual Corresponden a lasbarrenas integrales confeccionadas de acerosespecialesde perfi l t iexagonal, tratados trmicamente y que tienen una insercin de carburo de tungsteno en uno de susextremos que acta como elemento cortante de la roca. El tratamiento trmico aplicado a estosaceros permitecombinar armnicamente caractersticas tales como: rigidez, resistencia a la fatiga, tenacidad y dureza.

Lasbarrenas integrales ms usadas se muestran en la tabla siguiente:

La vida til de una barrena integral va a depender de la dureza de la roca, su abrasividad, el estadomecnico de la maquina perforadora, el correcto afilado del elemento cortante y la destreza del perforista, paraevitar trancaduras en la operacin. .Conforme a lo anterior, podemos indicar que una barrena tendr una vida til, frecuente, entre 100 Y300 mt. de perforacin y deber ser afilada cada 40 mt. de perforacin. De todas maneras, podrn existirsituacionesespecialesque sesalen de los rangos entregados: PorEj. EnMina Sauce,Cabildo, sehizo un seguimientomuy controlado de una barrena integrallogrndose una vida til de ese elemento de alrededor de 800 mts. Porotra parte perforando las galeras de la Central Hidroelctrica Pehuencheen una roca tipo granodiorita frescasin ninguna alteracin, se lograban vidas tiles de las barrenas de solo 75 mt.

24 - CONSTRUCClONDETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

TIPOSDE RREN SNTEGR LES

SERIE2 0,80 1,60 2,40 3,20 4,00..Dimetro mms 40 39 38 37 36

SERIE17 0,60 1,20 1,80 2,40Dimetro mms 41 40 39 38


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La vida til de las barrenas depender de las condiciones indicadas anteriormente, acompaada de lacalidad misma del elemento de perforacin.1 4 3 PerforacinMecanizada

Hablaremos de Perforacin Mecanizada cuando se realiza usando mquinas perforadoras deaccionamiento diesel o electrohidrulico, con lo que sepuede alcanzar niveles de aprovechamiento de la energamuy superiores al de la perforacin accionada por medio de aire comprimido. Laeficiencia enel aprovechamientode la energa alcanza a alrededor de un 60 .

En el esquema a continuacin se resume el mecanismo de funcionamiento bsico de la perforacinmecanizada.

ESQUEM DEFUN ION MIENTO

I Motor Elctrico ~ Bombas Hidrulicas Accionamiento PerforadoraLavelocidad de perforacin que sepuede alcanzar con estesistemava desde 0,80 mt/min a 2,00 mt/min

dependiendo de las caractersticas estructurales de la roca a perforar.En general podemos indicar que la perforacin diesel o electrohidrulica es ampliamente usada en la

construccin de tneles siendo su utilizacin ms frecuente para secciones iguales o mayores a 9 m2y hasta 49m2. Para secciones mayores de construccin, se usarn normalmente sistemas que combinan la perforacindiesel o electrohidrulica de tneles con perforacin de banqueo neumtica o hidrulica.

1 4 4 Equipose PerforacinMecanizada Corresponden a losllamados Jumbosde Perforacin Electrohidrulicosy consisten principalmente en:

Chassiso carrier: Estructura perfi lada metlica donde se monta todo el sistema de funcionamiento ytraslacin del equipo.

Brazosde Perforacin: Elementosmetlicos donde van montadas las perforadoras y que accionados porpistoneshidrulicos permiten el posicionamiento y direccionamiento de las perforadoras para realizar el diagramade disparo. Adems;permite el avance de la perforadora a medida que realiza la perforacin.

Enelmercadoencontraremosmodelosde jumbosde 1,2, 3 o 4 brazos,y nuestratareaserrealizar unaadecuadaeleccindel equipoa utilizaren la construccinde un tnelquedependerde la seccindel tnely la autonomaseccionaldel equipo al perforar un diagrama de disparos, completo, sin cambios de posicin del equipo.

Sistemade Potencia:Consiste principalmente en los motores elctricos que permiten el funcionamiento delas bombas hidrulicas que accionan las perforadoras. Dependiendo el tipo y modelo del equipo.

Normalmente la potencia de los motores elctricos vara de 30 a 60 KW y la presin del sistema delmecanismo de impacto vara de 150 a 250 bar, dependiendo del tipo, marca y modelo del equipo considerado.

PerforadorasHidrulicas:Existendiversosmodelos segnel fabricante setrate. Lasmquinas perforadorasrs usadas son: cap 238de Atlas Copco, Hydrastar-200 o 300 de Secoma y las Serie 500 de Tamrock.

Algunosparmetrosde funcionamiento:Mxima Potenciade impacto: 15 KWIndicede impacto 40 - 60

TUN S 25,


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Consumo de aguaVelocidad de rotacinPesode la perforadoraNivel de ruido

1 100 1 50 litros/seg.. por equipo250 a 350 RPM140 A 180 kg.100 a 120 dB

1 4 5 ceros de Perforacin para EquiposMecanizadosSon confeccionados en aceros especiales y su vida til depender de la dureza de roca su abrasividad

habilidad del operador del jumbo estado mecnico de la perforadora hidrulica y las condiciones estructuralesde la roca a perforar. Podemosindicar a continuacin algunos rangos devida til de los aceros siendo pertinenteestimar cada caso en particular por las condiciones cambiantes para diferentes tipos de terreno a perforar.

BitCulatnBarrasCoplasCoronaEscareadoraAdaptador Piloto

Vida Util mts.100 a 350400 a 1 000400 a 1000400 a 1000150 a 300300 a 500

Losaceros de deben resistir altas velocidades de perforacin por lo que tienen que cumplir las siguientesca racter sti cas:

Rigidez Para reducir al mnimo las prdidas de energa y mejorar el alineamiento de los tiros.Resistenciaa la Fatiga: Para soportar los esfuerzos a la traccin y compresin.

Tenacidad: Tenacidad en el acero para evitar que se rompa cuando est sometido a altos esfuerzos detraccin yen el inserto de carburo cementado para resistir esfuerzos a la traccin y compresin.

Dureza: Resistencia al desgaste en el acero para asegurar una larga duracin en las barras y en elcarburo cementado para perforar ~n roca dura con elevada fuerza de impacto alrededor de 15 10N.

En el grnco que se muestrapodemosapreciar que estascaractersticasno son del todo compatibles:a mayorresistenciaal desgaste menor esla tenacidaddel acero de perforacin y viceversa.Entodo casocada fabricantedeberencontrar la mejor combinacin y ser nuestra misin la adecuada eleccin de los aceros de perforacin.

Resistencia alDesgaste

Carburo Clase 40

Carburo Clase 42

Carburo Clase 11

Tenacidad

26 - CONSTRUCClONDETUNELESPIQUESy CHIMENE S


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En general los siguientes son las rangos del dimetro de perforacin en la construccin de tneles paradiferentes rangos de secciones..

Barrenas Integrales Aceros Mecanizados Aceros Mecanizados : 27 a 40 mm : 35 a 45 mm : 38 a 51 mm

o< m2 lOa 30 m2 > 30 m2

Sistema Manual Sistema Mecanizado Sistema Mecanizado

1 5 TronaduraEnel ltimo tiempo el desarrollo de las tcnicas en la construccin de tneles ha sido inmenso y entre esos

la incorporacin de la energa electrohidrulica el desarrollo de los explosivos y su carguo mecanizado hanacortado los ciclos de construccin de tneles lo que ha permitido enfrentar proyectos de construccin en plazosmenores que antao.

Como vimos en el captulo anterior tendremos las siguientes opciones de confeccionar un diagrama dedisparos: perforacin manual usando mquinas livianas tipo Jack-Leg y perforacin mecanizada utilizandojumbos electrohidruicos.. Estudiaremos para cada caso los diferentes diagramas de perforacin y cargasexplosivas.1 5 1 Nomenclatura de Tiros

La principal diferencia entre una tronadura realizada para el avance de un tnel y una tronadura realiza-da a cielo abierto s que en la tronadura en un tnel se tendr siempre una cara libre mientras que en latronadura a cielo abierto siempre se tendrn dos o ms caras libres. En la excavacin de tneles la roca estarms apretada ms restringida de ser quebrada a no ser que formemos la segunda cara libre y as toda la .tronadura se asemejar a una tronadura a cielo abierto con dos caras libres.Despus que este primer corte est realizado los restantes tiros del diagrama de disparo actuarn contra doscaras libres pero con las siguientes dif~rencias a una tronadura a cielo abierto:

Mayor carga especfica de explosivos Mayor desviacin de los tiros Mejor fragmentacin

Lasobrecarga de explosivos no tiene el mismo efecto desastroso que en una tronadura a cielo abierto.As para la construccin de tneles esvital disear el diagrama de perforacin del primer corte o segunda

cara libre de excavacin del tnel. Estegrupo de tiros sedenomina RainuraTUNElES 7


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El restode lostirostendrnel nombreconformea suubicacinenel diagrama de disparos assepodrn dentificar:Tiros de techo o coronasTiros de descargaTiros de contorno o cajasTiros de piso o zapaterasTiros de corte inicial o rainuras.

Tiros de techo

8 88 . 8 Tiros de descarga

Tiros laterales+---- -h - U - -- u - h U u.: 8 :. .... ~: ~: .~:u_.. Uh_---. Rainura

Tiros de piso

1.5.2.- Tipos de Rainuras.Definiremos como Rainura la forma de crear un espacio central o no central en la tronadura de un tnel

que permita que el resto de los tiros del disparo acten contra dos caras libres. Analizaremos los tipos derainuras ms usados en la construccin de tneles.

Rainuras en diferentes posiciones

-. - -- -. -. - --- -- -. -, -. -. - -- -- -- -- _. - - --. -. -. - -- --. -. -. -. -. -. - - - -- ',---' ~' -. -. - --. - _. -. --

, ' .--.. .. --..

, u u h

28 - CONSTRUCClON DE TUNELES, PIQUES y CHIMENEAS

88 8

8 8

8 8

8-8 8

8 8

8 8


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Rainuras tipo Abanico.En este caso, se perforan los tiros de la rainura a partir de una misma orientacin, pretendiendo la salida

de los mismos a partir de la creacin de una primera cara libre, con el primer tiro en el extremo de la galera.Esta rainura tiene la limitacin en que se restringe el espacio para la accin del equipo de perforacin y

el operador, a medida que nos acercamos a la ejecucin de los tiros centrales.Estetipo de rainura no es utilizada frecuentemente en construccin de tneles, por su dificultad de espacio

para ubicar el equipo de perforacin y por la baja efectividad del disparo expresada en el avance de la galeralogrado versus el volmen de perforacin realizado.

Se usa frecuentemente para la realizacin de tronaduras de desquinches, usando sistemas de perforacinmanual o mecanizado.-Rainura tipo Abanico

-, -, - ,-, - - - - - - -, - - -, - - - - - - - - -, - - -, - - - - - - - - -, - - - - - - - - - -- -- - - - - - - - - - - -- - - - -.oOO

2010O2

40 60 8030 sO 7040 60 80

Frente de la galera

Vista de planta-'- , --'. '.-- -, - .-', '.', '.-- ' - -, ,- ',-

- -, -. - - . '-.:- ':'.---- -'.....--o '.','.-- ,::: ..~

Rainuras PiramidalesCorresponden a las rainuras en la cual se perforan 4 tiros que concurren a un mismo punto central y que

mediante la tronadura se logra un hoyo central o segunda cara libre que facilita la salida del resto de los tiros enun disparo de avance de galeras,

Este tipo de rainuras es muy eficiente pero cuenta con la dificultad de mecanizar por la posicin de lostiros. Adems su eficiencia es restrictiva a lograr una buena geometra posicional al perforar los tiros, Cualquieradesviacin importante de los tiros puede provocar un resultado no esperado de la tronadura.

Rainura Piramidal

~// \

TUNELES29


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Rainuras en cua o en V.Esunode lostiposde rainurasmas utilizadosen la construccinde lnelesusando elsistemade perforacinmanual.Para este tipo de rainuras se necesitar un ancho mnimo de la galera para acomodar el equipo de

perforacin y el operador.Por otra parte podemos indicar que el avance por disparo aumentar con el ancho de la galera y tener

avances cercanos al 75 del ancho de la galera ser aceptable.Elngulo de corte no deber ser menor que 602. A menor ngulo de corte, mayor es la concentracin de

la carga explosiva de los tiros.El diagrama normal de corte en estas rainuras es de 2 Vs, pero, en diagramas de mayor profundidad,

pueden ser triples o cudruples Ys.Un esquema comn de rainuras en Y es el que se presenta a continuacin.

Rainuras en cua o en V~ ~ 0-'-

oOO

OOOOOO

OOO~ rt~

Frente de la galera

~- ------------------.~- ------------------.

L Vista de planta

.. .' . .. ., ,. ,. .. '/ ._-, - -:'

I'::::\-.:\~

.'.~ 2 1 0

Slo se producir la deformacin plstica de la roca, sin resultados de una fragmentacin completa,afectando el avance del disparo.

r 2,1 0 > a > 1 5 0Se producir una rotura incompleta, lo que afectar el resultado final de la tronadura. r 1 5 > a > d + 0) /2Se producir una rotura completa de la roca, con la salvedad que en lmite c uando a tienda a d +0) /2,

los tiros se juntarn provocando una tronadura deficiente, con malos resultados en el rendimiento final.As estableceremos, para los efectos de diseo, que la ptima posicin de los tiros ser cuando:a = 1,50 mms.)Eneste caso nos ubicamos en la mxima distancia posible, para lograr una tronadura limpia, completa,

con un buen resultado del avance del disparo.Otro de los parmetros a c onsiderar en este tipo de rainuras ser la relacin entre el dimetro del tiro

vaco y la profundidad del barreno..Enel grfico que se muestra a continuacin se aprecia la influencia porcentual del avance, en relacin a

la profundidad de los tiros, para diferentes dimetros de tiros vacos.

Avance del disparo para diferentes dimetros del tiro vaco

100 ,

..g 90ea~..'ti..';''E..: 80oa.

~._~- _.~

702,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

La rgo d e P er for aci n r nt s)

TUN S 35


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En algunos casos, se podr considerar uno ms tiros vacos como cara libre para la apertura inicial, porlo que tendremos que definir el Dimetro Ficticiodel tiro vaco y que podremos determinar como sigue:

D=dRDondeD : Dimetro ficticioen mm.d : Dimetro de un tiro vacon : Nmero de tiros vacos

Para calcular el Burden del primer cuadrado, usaremos el dimetro del tiro vaco de mayor dimetro 0 yen el caso de varios tiros vacos, usaremos D.

Carguo de tiros del primercuadradoLostirosms cercanos al tirovaco deben ser cargados completamente. Una concentracin de carga baja

puede no provocar la fragmentacin de la roca, en cambio, mientras ms alta es la concentracin de carga,mayor es la posibilidad de provocar la proyeccin de la roca contra la pared opuesta del tirovaco, recompactandola roca, sin producir la salida a travs del tiro vaco.

Enel grfico a continuacin, se muestra la carga de concentracin mnima kg./ mt.), y la mxima distanciaa para diferentes dimetros de tiros vacos.

Concento decarga kg.lmt.)

Concentracin de carga y mxima distancia entre tiros vacos

~0,001,801,601,40

203 a=20

1,20

, .... a = 1 5 0

Dimetro tiro vaco mm.)

1,000,800,600,40

, 0,20-------- a=0

o0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

Mxima distancia a mt.)De Applied ExplosivesTechnologyor ConstructionandMining by Stig Olofsson

36 - CONSTRUCCIONDETUNELES,PIQUES CHIMENEAS


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Lostiros de la rainuras normalmente son levemente sobrecargados para compensar errores en el alinea-miento de los tiros.

Por otra parte un aumento de la relacin normal a = 1,5 0 causa consecuentemente un aumento en laconcentracin de carga.

Carguo de los tiros remanentes.Elmtodo es similar al del primer cuadrado, con la diferencia que la rotura seguir unarreglo rectangular,

a diferenciadel arreglo circulardel primercuadrado. .En el grfico que sigue se muestra la concentracin de carga mnima requerida (kg./mt.) y el mximo

burden (mt.J,para diferentes anchos de apertura.

Concentracin de carga mnima de explosivos y el mximo burden

Concentode 1,80carga (kg./mt.)1,60

1,401,201,000,800,600,400,20o

pf Wk-B0,10 0,30,20 0,50,40 0,80 0,90 1,00,60 0,70

De : App/ied Exp/osives Techn gy for Construction and Mining by Stig fssonMximo burden (mt.)

Esimportante sealar que el nmero de cuadrados de la rainura estar limitado al hecho que el burdendel ltimo cuadrado no puede exceder el burden de los tiros de descarga para una concentracin de cargadada.

1.5.4.- Ubicacin y carguo del resto de los tiros del diagrama.Cuando los tiros de los rainuras ya han sido diseados ser posible ubicar y calcular el resto del diagrama

de disparos. Para calcular el burden y las cargas para las diferentes partes del diagrama de disparos, podemosusar el siguiente grfico que relaciona la concentracin de la carga de columna lb) yel burden B)para explosivosgranulados y para explosivos encartuchados equivalentes a Amon Gelatina 60 y rangos de perforacinmanual y mecanizado.

l~

TUN S 37


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Concentracin de Carga para diferentes Burden

I Anfo I

I A.G. 60 I41mm

38mm

45mm41mm

8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 2 2 2 2 4 2 6Concentracin de Carga Kgs/rnt)

Cua,ndo el burden B),la pr~hmdidad H),y la concentracin de carga lb), son conocidas, la tabla siguiente nosdar una buena aproximacin inicial de la geometra del diagrama de disparos y la carga de explosivos.

De todas maneras es importante poner nfasis en que el diagrama de disparos debe ser revisado conti- .nuamente y corregido, si es necesario, conforme a las variacines que experimenten las condiciones estructuralesde la roca a excavar y los resultados que se vayan obteniendo.

Latabla de clculo anterior puede considerarse como de diseo bsico.1.5.5.- contorno del tnel.

Enel diagrama de disparos el contorno del tnel estar compuestos por los siguientes tiros:Tiros de piso o zapaterasTiros laterales o de cajasTiros de cabecera, de techo o coronas.

38 - CONSTRUCCIONDETUNELES,PIQUES CHIMENEAS

1,201,151,10

Ui 1,051e 1,00I1::1al 0,95

0,90

0,85

0,800,60

Nomenclatura Altura Concentracinde Carqade Tiros Burden Espaciamiento Carga de Fondo Fondo Columna Taco

t.) mt.) mt.) kq./mt.) kq./mt.) mt.)Piso l,Ox B 1,1 x B 1/3 x H lb l,Ox lb O,2x lbContornoo Cajas 0,9 x B 1,1 x B 1/6xH lb 0,4 x lb O,5x lbCoronas 0,9 x B 1,1 x B 1/6x H lb O,3x lb O,5x lbDescargaSuperior l,Ox B 1,1 x B 1/3 x H lb O,5x lb O,5x lbDescarga Inferior 1,0 x B 1,2 x B 1/3 x H lb O,5x lb O,5x lb


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El burden y el espaciamiento para los tiros de piso ser el mismo que el de los tiros de descarga, sinembargo, sern cargados a razn del doble de la carga que lostiros de descarga, principalmente para compensarel peso de la masa rocosa donde estn ubicados los otros tiros y que yacen sobre ellos, al momento de ladetonacin. -

Por otra parte, para los restantes tiros de contorno existirn dos variantes para el carguo de explosivos:a Tronadura Normal: Usar elmismo tipo de explosivosque el resto de los tiros, pero con una concentracin

menor, 0,3 x lb y 0,4 x lb.b Tronadura Amortiguada: Usar explosivos diferentes al de los otros tiros y con velocidad de detonacin

menor, del orden de unos 2.400 mt./ seg.

En este caso la calidad de la excavacin depender de la relacin entre el espacia miento S y el burden B .

S/B :::;0,8

El burden deber ser mayor que el espaciamiento.1.5.6.- Consideraciones prcticas para el diseo del diagrama de disparos

Una de las cosas que debemos tener muy en cuenta, cuando enfrentemos un proyecto de construccin detneles, y en general cualquier tipo de excavacin, es que el diseo del diagrama de disparos debe ser revisado,corregido y reformulado, si fuese,necesario, a medida que se desarrolla el tnel.

Lasvariaciones del comportamiento geomecnico de macizo rocoso, suscambios estructurales,y 1


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Menor restriccin a usar equipos diesel sobre neumticos de carguo y transporte haciendo estasoperaciones ms expeditas e independientes entre s.

A mayores secciones y grande longitudes se podrn utilizar equipos cargadores de mina de bajo perfilpara una limpieza rpida de la frente y el carguo a camiones dumper desde una estacin de carga trasladandoel material a superficie.

A mayores secciones y cortas longitudes normalmente se usarn cargadores de mina de bajo perfi ldescargando directamente en superficie o actuando en tan dem con otra unidad con una estacin de cargaintermedia.

menor seccin el tnelMenor posibilidad de ingresar mayor cantidad de aire fresco principalmente por retriccciones de espacio

para ubicar los ductos de ventilacin. Estacondicin de espacio no limitar la potencia de los ventiladores.Mayor restriccin de usar equipos diesel sobre neumticos para la operaciones de carguo y transporte.

. A menores secciones y grandes longitudes se tender a usar equipos de carguo diesel de baja capacidado pala neumticas sobre rieles cargando a un convoy de carros traccionados por una locomotora a bateraelctrica.

A menores secciones de galeras y reducidas longitudes de acarreo se usarn equipos de carguo dieselde baja capacidad descargando directamente en superficie.Como podemos apreciar la seccin y longitud del tnel a desarrollar ser determinante en el sistema de

carguo y transporte a elegir en.cualquier proyecto de construccin de tneles.

1 6 2 Equiposde Carguo para Construccinde Tneles1 6 2 1 Palas neumticas sobre rieles

Equipos montados sobre llantas metlicas y cuyas partes principales son:BastidordesplazableCuerpo giratorio y mecnicode oscilacinCucharn para recoger la marina

Durante el trabajo mediante el avance de la pala la cuchara se introduce en el material para recogerlodel piso; posteriormente la mquina retrocede y al mismo tiempo la cuchara se levanta y vuelca hacia atrsdescargando en el carro el cual est enganchada a la pala.

Uno de los aspectos importante a resolver con el empleo de este tipo de equipos es el intercambio delcarro lleno por el vaco detrs de la pla. Existen varios sistemas para resolverlo pero en la prctica los msutilizados en la construccin de tneles son:

40 ONSTRU ON E TUNELES PIQUESy CHIMENEAS


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a Desquinchar la pared del tnel con el propsito de instalar una nueva va y acomodar en esesector loscarros vacos con lo cual seposibil ita la salida del carro lleno hacia atrs y el posterior ingreso del carro vacoa su cargado.

TsomtricoiPerfil transversal

Planta

Desquinchede Galerfa

'.

b) Construir una estocada, como se indica en la figura que cumple con el mismo objetivo anterior.

~ Galera en desarrollo'; >:~,:~:~ .,..:~

..'.C'~=~'S=~~ f~~~.-: '-..:.. '. -~ . ._u_.. : '. .' ,-' -.., '.Estocada para '~ .....espera de .............carros vacos . ~

Planta

'............. '--- '

TUN S 41


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pos de p l s neumti sLos equipos ms utilizados en la construccin de tneles se mencionan en el siguiente cuadro:

Factores que influyen en el rendimiento:Lacapacidad de carga, depender principalmente de:Prdidas de tiempo en la instalacin y retiro de los carrosEspera de carrosPrdida de tiempo por limpieza final al trmino de la fase de carguo.

lculo del rendimiento de un p l neumtic

Si definimos:t, : tiempode llenadode una palada minkd : coeficientede dificultad de llenadokd = 0,4 sacagruesay heterogneokd = 0,9 saca fina y homogneaEl tiempo real de carguo T ser:t = t, / kdSiendo:V : volumen til del carroc : volumen de la cuchara de la palak, : coeficiente de relleno de la c~chara k, = 0,4 - 0,8

El tiempo para llenar un carro ser:t, = V / c x k,Adems sit2 : tiempo para cambiar un carro

42 - CONSTRUCCION DETUNELES,PIQUESy CHIMENEAS

Modelo Peso Altura mnima Capacidad del Consumode airekg. de galera mt balde m3 comprimido m3/min

Eimco12 B 1 9 5 1,80 - 2,10 0,12 - 0,17 1,90 - 2,80Eimco12 3.360 2,20 - 2,40 0,21 - 0,28 2,80 - 4,20Eimco24 3.630 2,30 - 2,70 0,28 - 0,34Eimco630 4.700 2,00 - 3,30 0,27 - 0,39


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t3 : duracin del cambio del trenn : nQde carros del tren

El tiempo del ciclo tc) para un carro ser:tc 1 carro) = tl + t2 + t3/nAs el coeficiente de util izacin del tiempo de la pala ser:ku = tl x 100) / tl + t2 + t3/n) )

El nmero de ciclos por hora N) estar dado por:N = 60/ tc ciclos/hora)

yel rendimiento serR = N x c x k 1 x ku m3/hora)

Como sepuede apreciar el rendimiento de una pala neumtica depende de muchos factores independientesde la capacidad misma del equipo, por lo que para efectos prcticos, es recomendable utilizar un coeficiente derendimiento real de un 75 al calculado tericamente.

El uso de las palas neumticas, se ha restringido a la construccin de tneles de secciones menores,teniendo como lmite superior secciones de 9 m2 aproximadamente, combinado adems con grandes longitudesde transporte de la roca quebrada. En ese caso aparecen como la mejor solucin considerando la ne~cesidaddemantener ambientes con concentracin de contaminantes admisibles.

El mayor inconveniente de las palas sobre rieles es precisamente la presencia de rieles y todos los movi-mientos de los carros. Este sistema es muy rgido y solo tiene aplicabilidad en la construccin de tneles desecciones menores, de gran longitud donde la incorporacin de maquinaria diesel autopropulsada no esposiblepor la dificultad de incorporar grande cantidades de aire fresco y mantener niveles de contaminacin admisibles.

1.6.2.2.- rg dores de mina de bajo perfil .-Son los llamados scoop o LHD, Loading, Hauling and Dumping) que son en forma simple un cargador

frontal de bajo perfi l, equipado con un balde de dimensiones importantes, que carga, traslada y descargalaroca quebrada en tramos cortos de 200 a 300 metros.

Este equipo consta principalmente de. dos partes pivoteadas por medio de un eje central lo que le daflexibilidad para dar curvas de pequeo radio. .

Estmontado sobre neumticos y equipada con un motor diesel, existiendo eventualmente versiones ac-cionadas por motores elctricos, cuando las condiciones de ventilacin no son las ms adecuada, pero resulta unequipo poco flexible por la autonoma que se logra limitada al largo del cable elctrico.

Una de las mayores ventajas de ros scoops en la construccin de tneles son:Autonoma de operacinCapaz de cargar en la unidad de transporte.Rapidez de trasladoAlta productividadVersatilidadBajo costo de operacin

TUNELES4


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En la construccin de tneles estos equipos tienen una gran utilizacin y su eleccin depender de condiciones como: seccin e inclinacin de la galera y distancia de acarreo inherente del proyecto especfico

De Catlogo Seooptram sr 78 tlas Capeo Wagner ne

CONSTRUCCION DE TUN L S PIQUES y HIMENE S


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I odelos coop ogner

-ieZ~mf~Ol

Modelo Balde Motor Potencia Velocidada 0 Km/hora Dimensiones mts. Radiode Giro mts. Pesovacyd3 m3 HP 19 29 39 49 Largo. Ancho Alto Alturamx.op. Interno Externo Kgs.Ref.Operador Ref.Balde.

HST-1A 1,0 0}6 DeutzF4L-912W 55 O012 5 8 1 2 1,83 2 9 1}5 3,51 5.058

ST-D 2,5 1,90 DeutzF6L-912 82 3,4 6,6 10,9 18 6,63 1,65 1,98 3}1 2}0 4}0 11.540

ST-3.5 4,0 3,10 DeutzF8L-413FW 185 4,8 10,0 18,8 - 8 2 1}8 1,96 3,90 2}1 5,47 16.930

ST-6C 6,0 4,6 Detroit-Serie0 250 5,5 9,8 16 26,9 9,54 2,19 2,13 4 6 3 1 6 2 24.852

ST-1800 12} 9} Detroit-Seriev 425 5,00 9,5 15,9 26 11,56 3,10 92,91 6,61 3,50 7,50 46.500


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Calculo del Rendimiento de 1 SeoopDefiniendo:

Tiempo de cargaTiempo de descarga:Distancia de Acarreo:Velocidad vacioVelocidad cargadocapacidad

tl min)t2 min)d mt.)Vl mt./hora)V2 mt./hora)c m3)

El t iempo del ciclo estar dado por:te = tl + t2 + d/v2 + d/vl min

El nmero de ciclos por hora estar dado por:N = 60} tl + t 2 +d/v2 + d/v1 ciclos/horay el Rendimiento horario ser:R = e x N m3 /horaAsumiendo que el scoop estar cargando un material quebrado y que existir un coeficiente de utilizacin

del tiempo tendremos que si: : coeficiente de llenado O,75 - 0,90k: coeficiente de utilizacin del tiempo O,70 - 0,85p : densidad del material esponjado ton./m3)

El rendimiento horario ser:R=c x N x fl x k x - tons/ horaEl rendimientocalculado correspondea la operacin de un scoop descargandoel material a una distancia d ,Habitualmente para el trabajo de construccin de tneles sedeber estudiar el ciclo de trabajo del scoop

operando en combinacin con unidades de transporte como camiones dumper o carros de un convoy.

1.6.3.- Equipos de Transporte en la Construccin de Tneles.La eleccin del equipo para el transporte del material excavado, en la construccin de tneles, estar

directamente relacionada con el secci.ne inclinacin del tnel y la distancia de transporte que se tenga.De todas formas semantendrn las restricciones indicadas anteriormente, esdecir a mayor desarrollo del

tnel y secciones menores tenderemos a la eleccin de equipos no contaminantes, elctricos o neumticos, por laimposibilidad de incorporar grandes cantidadaes de aire fresco a la excavacin subterrnea y mantener losniveles ambientales admisibles para el personal.

Pero, a medida que la seccin del tnel aumenta se flexibilizan las posibilidades de tener una buenaventilacin, y entonces podremos elegir equipos autopropulsados diesel, independientes, que dan una granversatilidad a la extraccin del material a superficies.

46 - CONSTRUCCION DE TUN L S PIQUES y CHIMENEAS


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Engeneral mencionaremos los dos sistemas ms usados en construccin de tneles:Locomotora a batera o diesel con carros.Camiones dumper o convencionales.

1.6.3.1. Locomotora a batera elctrica.La fuente de energa es producida por un sistema de bateras que lleva la locomotora cuya corriente

elctrica es transmitida al motor.

La locomotora consta de tres partes principales:Cajas de bateras.Motores y sistema de transmisin.Controles de puesta en marcha y detencin.La capacidad nominal de las bateras se expresa en ampre hora para una descarga efectuada en un

perodo de tiempo determinado generalmente se utiliza durante el lapso de 8 horas. Lacapacidad real quepuede obtenerse es menor para los regmenes de descarga rpido que para los lentos.1.6.3.2. Locomotoras DieselLafuente de energa es proporcionada por motores diesel normalmente de 4 y 6 cilindros que generan potenciasde 30 a 120 HP.Elconsumo de combustible de estos motores es aproximadamente de 0 14 a 0 18 Its.por HP/hora dependiendo de las condiciones de operacin.

Uno de los aspectos ms importantes en el uso de locomotoras diesel en la construccin de tneles es ladefinicin de las necesidades de ventilacin para mantener un ambiente permisible. Una buena aproximacines considerar la necesidad de inyectar 3 m3/ min por HP operando de aire fresco.1.6.3.3. Carros del convoy

Eltamao de los carros empleados para la construccin de tneles es diverso y su capacidad dependerdel peso especfico aparente del material a cargar.

De acuerdo a su capacidad en general podemos clasificara los carros de acuerdo a su capacidad como sigue:Carros pequeosCarros medianosCarros grandes

0 81 42 7

aa

1 4 m32 7 m35 4 m3.

Laeleccin del tipo de carro y del convoy en general depender de:Seccin de la galera a construirDistancia de transporteRendimiento del avance adoptadoEquipo de carguo elegido.

TUNELES 7


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Sistema de descarga

Existen diversos sistemas de descarga distinguindose:

Descarga frontalDescarga lateralDescarga por el fondoDescarga frontal:Reservado exclusivamente para carros pequeos empujados manualmente y utilizados

principalmente en la pequea minera artesanal.Descarga lateral:Utilizado en carros de tamao pequeo mediano o grande y consiste fundamentalmente

en tener el diseo del fondo de carro en forma de V o en rampa con lo cual la descarga se hace por gravedadal abrir la o las dos compuertas laterales del carro.

Otra modalidad muy utilizada es realizar la descarga mediante volteo lateral del carro.Dependiendo del tamao del carro tanto el volteo como el accionamiento del carro pueden en forma

normal caja en VL mediante pistones o por medir mecnicos.Dentro de lostipos de carros con volteo lateral los ms populares son:Carro Deqmville de 1 ton de capacidadCarros Granby de 2 tons de capacidad

Descarga en el fondo: Usado principalmente en carros de gran capacidad y de uso poco habitual en laconstruccin de tneles.

1 6 3 4 Camiones DumperCorresponden a unidades de transporte autopropulsadas equipadas con una tolva con bajo centro de

gravedad basculante que permite la descarga hacia atrs de la roca.Bsicamente los dumper estn compuestos por un chassis pivoteado al centro donde se ubican la unidad

motriz con todos sus componentes elctricos e hidrulicos de funcionamiento y la tolva de mineral. Estn montadossobre neumticos y son accionados por motores diesel. Existen diferentes marcas y modelos de este tipo de

equipos siendo los ms conocidos los de marca Wagner de u.s.A. con capacidades que van desde 8 a32 ton.

Loscamiones dumper son unidades de transporte muy verstiles de transporte y actuarn en combinacincon alguna unidad de carguo habitualmente una cargadora de bajo perfil de mina o scoop.

Enel cuadro siguiente se muestrfln los diferentes modelos de los camiones dumper de marca Wagner.

48 - CONSTRUCCION DE TUNELES PIQUES y HIMENE S


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odelos umperWogner

......eZ: ]m1)

.:,..-O

Modelo Capacidad Motor PotenciaVelocidada 0 IKm/hora) Dimensionesmts.) RadiodeGiro(mts.) Pesovalyd3) 1m3) (HP) lQ 2Q 3Q 4Q Largo Ancho Alto Alturamx.op. Interno Externo (Kgs. IRef.Operador) ITolvaarriba)i

MT-408 5,8 -4,4 DeutzF6L-912W 82 7,9 14,5 28,6 6,12 1,88 1,95 3,30 2,90 5,05 7.348

MT-416 11,0 8,4 DeutzF8L-413FW 185 5,1 8,2 13,5 22,2 8,76 2,17 2,19 4,21 4,57 7,44 14.92

MT-420 13,0 9,9 DetroitDDEC471 200 4,5 8,4 13,8 21,9 9,17 2,15 2,24 4,42 4,57 7,54 20.04

MT-426 17,3 13,3 DeutzF12L-413FW 277 4;8 8,5 14,1 23,2 9,30 2,83 2,18 5,19 4,58 8,42 24.49

MT-431 20,1 15,4 Detroit- erie0 375 5,5 9,3 15,6 25,7 9,95 2,79 2,54 5,50 4,65 8,57 29.27


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De Catlogo Wagner Mining Equipment Co MT 4 76 Rear Dump Truck

1.6.3.5.- ombinacinS opy camin dumperNormalmente en labores de produccin de minerales, ser importante estudiar y definir el nmero de

camiones dumper necesarios para cumplir con los planes de produccin, y a su ez establecer el nmero decamiones que nos mantendrn saturado el equipo de carguo, logrando con estomayor productividad y menorescostos en el sistema.

En la construccin de tneles, generalmente es necesario realizar una serie de labores tlnexas, inherentesa la construccin tales como: drenaje de las aguas de perforacin, colocacin de pernos de sostenimientotemporales, fortificacin definitiva, toma de muestras si es una galera exploratoria, por lo que las operacin detransporte no est sujetaa saturar al equipo de carguo , para aumentarel rendimientode avance en la .construccin.

Normalmente seconstruyen estaciones de carga cercanas al frente de avance de la galera con el objetoque el scoop acumule rpidamente la roca proveniente de la limpieza del frente de trabajo y desde ah se realizala operacin de extraccin de la roca quebrada a superficie.

Con esta modalidad la operacin de extraccin se puede realizar conjuntamente con alguna de las otraoperaciones propias del ciclo que se est realizando en el frente de trabajo.

50 - ONSTRU ON E TUNELES PIQUESy CHIMENEAS


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Con lo anterior se logra:* Dejar rpidamente el frente de trabajo limpio para realizar otras actividades del ciclo de

construccin.* Hacersimultneasalgunas operaciones del ciclocomopor ejemploel transportecon el iniciode

un nuevo ciclo de perforacin, o el transporte con operaciones de drenaje de aguas y fortificacin temporal odefinitiva.

* Tener que contar con menos unidades de transporte de marinas, al no estar completamente en lalnea crtica del ciclo, la remocin de roca a superficie.

Como se puede apreciar, el tiempo de transporte influir en el ciclo de construccin solo si se transformaen una actividad interferente respecto de la secuencia operacional.

1.6.3.6.-Calculo del Rendimiento de un Camin Dumper.Tomando como base el clculo del rendimiento de un scoop, tenemos:

Si para el scoop :

t1 : tiempo de carga min.)t2 : tiempo de descarga min.)t3 : tiempo de maniobras min.)Eltiempo del ciclo de carga del scoop estar dado por:

tc scoop) = t1 + t2 + t3 min.)

Entonces si,c: capacidad del scoop en m3

capacidad del dumper en m3rEltiempo de carga del camin dumper ser:tc camin) = c1/c * t1 + t2 + t3)Eltiempo de viaje tv del camin estar dado por:S

v2V1t4

: distancia media de transporte: velocidad cargado: velocidad vaco: tiempo de maniobras del camin

t v = I / Y2 + I/ Yl + t4 minutosTUN S 5


53/183

As el tiempo del ciclo total del camin tc), ser:

tc= cl / c * tl + t2 +t3 ) + I / v2 + I / vl +t4 minutos), para transportar cl m3Entonces el Rendimiento del camin dumper ser:

R= x c1 Tciclom3/horaPara el caso que se requiera estudiar la operacin del transporte de las marinas, saturando el equipo de

carguo , sin provocar tiempos de esperas ,se deber cumplir:Si n: nmero de camiones dumper

entonces el tiempo de viaje de un camin deber ser igualo menor al tiempo de carguo de n-l camioneses decir:

1/ v2 + I / v1 + t4 = cl / c * [ t1 + t2 +t3 * n - 1 ]Con esta relacin sepuede obtener una primera aproximacin del nmero de camiones necesarios en un

proyecto de construccin de tneles, considerando los tiempos adicionales propios del proyecto especfico, talescomo por ejemplo: drenaje de aguas, forti ficacin y otros.

52 CONSTRUCClON DETUNELESPIQUESy CHIMENEAS


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2 ONSTRU ION EPIQUES

53


55/183

54


56/183

2 ONTRU IONDEPIQUES2 1 Introduccin

Lospiquesson exc v ciones verticales a subverticales construidas en descenso de seccin circular rectangular o cuadrada y que requieren una completa infraestructura de apoyo superficial y subterrnea tantopara su construccin como para su operacin posterior. En la construccin de piques es necesario realizar unaserie de subproyectos para lograr una infraestrucura adecuada.

Definicin del arreglo superficial del pique.Diseo y construccin de un peinecillo o castillete.Definicin de los equipos de izamiento.Diseo del mtodo de excavacin.Diseo de los sistemas de drenaje y ventilacin.Suministros de aire comprimido yagua.Suministro de energa elctricaDefinicin del arreglo seccional del pique.Definicin del sistema de sostenimiento.Proyectos especficos de Obras Civiles para la construccin

Como sepuede apreciar la construccin de un pique involucra el desarrollo de una serie de proyectos deingeniera de diferentes especialidades que esnecesarioestudiar y resolverantesde iniciar la etapa de construccin

La decisin de construccin de un pique es el resultado del anlisis tcnico econmico al comparar susbondades con otra alternativa de acceder a niveles inferiores con fines de exploracin explotacin de mineralesu otro.

pesar de que es una de las actividades mineras ms riesgosas es posible desarrollarla con un buenrespaldo de ingeniera y control que nos permita transformarla en una operacin segura con los riesgos propiosde cualquier actividad minera.Las dificultades existentes durante la construccin de un pique dicen relacin con los siguientes aspectoscaractersticos de su operacin:

Area de trabajo limitada en el fondo del pique..Descenso y ascenso contino del personal hacia y desde el frente de trabajo.Posibilidad de presencia de aguas subterrneas.Cambios en la calidad estructural de la roca durante el desarrollo del pique.Complejidad de la disposicin de los equipos de carguo interior pique.Complejidad de la disposicin de los equipos de izamiento y susguas.

PIQUEs 55


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2.2.- Procedimiento para el diseo de un pique.Elseguir un desarrollo ordenado en el diseo de un pique nos permite ir evaluando la coherencia de las

etapas resueltas yola vez la posibilidad de modificarlas estableciendo el grado de influencia que genera conotras actividades del diseo.-

A continuacin se indica uno de los procedimientos para diseo de piques, universalmente aceptados,adoptado por las mayores empresas constructoras de piques del mundo, y que nos permite ordenar el estudio dediseo de la construccin de un pique y a lavez propone revisiones peridicas de todas las etapas y la posibilidadde realizar todas las modificaciones pertinentes, las veces que sean necesarias.

Propsitodel pique. Ubicacine Inclinacin Definicinde la cantidad y tipo de huinchesde construccin. Determinacindel tamao del balde de marina.. Definicindel arreglo seccionaldel pique. Determinacindel arreglo superficialdel pique. Diseodel tipode revestimientodel pique. Diseodel sistema de ventilacindel pique. Determinacindel sostenimientotemporal en la etapa de construccin. Diseodel brocal del pique. Diseodel mtodode excavacin. Evaluaciny modificacionescon revisinde todas las etapas.

2.3.- Propsito del Pique.Uno de los primeros temas a examinar ser determinar cual es el objetivo que deber cumplir el pique. En

general podemos indicar que un pique ser para cumplir uno o ms de los siguientes propsitos conforme a laclasificacin que se indica.

ProduccinPara la extraccin de minerales y estril provenientes de la explotacin de una mina subterrnea.ServiciosPara el acceso del personal y materiales en una actividad subterrnea.Ventilacin .Para lograr la entrada de aire fresco a labores subterrneas o para la salida del aire viciado formando

parte de un circuito de ventilacin.ExploracinPara realizar labores propias d~ determinacin de reservas minerales como por ejemplo accesode unamquina de sondaje acceso del personal a toma de muestras estudios geomecnicos entre otros.

56 CONSTRUCCION ETUNELESPIQUESy CHIMENEAS


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Combinacin de losAnterioresrops to combinado de los anteriores que es lo normalmente que se establece al decidir la construccin

de un pique.

2 4 Ubicacine Inclinacindel PiqueNormalmente la ubicacin la ubicacin de un nuevo pique en una mina estar asociado a resolyer tos

siguientes aspectos:Ubicacin y forma de la superficie de la mina.Ubicacin profundidad y extensin del cuerpo mineralizado.Cantidad de niveles de trabajo que sern considerados.Facilidad de manejo y extraccin del mineral y el estril que se produzca por la explotacin.Definir la existencia de aguas subterrneas.Calidad geomecnica de la roca donde ser emplazado el pique.Debe considerar los planes futuros de expansin que contempla el proyecto especfico.

En general podemos indicar que la ubicacin del pique tanto como sea posible debe ser en una zonafavorable desde el punto de vista topogrfico construirlo en una roca de buena calidad especialmente en lazona del fondo para facilitar futuras profundizaciones que se requieran.

La profundizacin del piql le esuno de los factores ms importantes que se analizan cuando seest en laetapa de construir un pique vertical o inclinado. Normalmente las operaciones en un pique vertical es mucho msventajosa que en un pique inclinado. Lasventajas relevantes asociadas a un pique vertical tienen que ver con lossiguientes aspectos:

a La velocidad de los huinches de extraccin es mayor por lo que se logran mayores capacidades deextraccin.

b Loscostos de mantencin de un pique vertical son menores ya que en la extraccin y movimiento delbalde el nico punto de contacto es entre el elemento de guiado del balde y las guas del sistema.c En la etapa de construccin es ms simple mantener una plataforma de trabajo con su sistema de

guiado colgante fijo o flexible que ir colocando rieleso algn tipo de gua al piso en la etapa de profundizacin.d Laprofundizacin de un pique vertical esde mayor velocidad que un pique inclinado.Estoes muy importante en proyectos de construccin de nuevas minas ya que el aumento del tiempo de

profundizacin aumenta la carga financiera de los grandes capitales necesarios para el proyecto en desarrollo.e La profundizacin de un pique vertical sepuede realizar encasi cualquier tipo de terreno considerando

que el manejo de los sistemasde revestimientos es definitivamente ms sencillo en un pique vertical.

Habitualmente la construccin de piques de produccin inclinados estn asociados a cuerpos mineralizadosinclinados y profundos en que alcanzar el cuerpo mineralizado desde un pique vertical llega a ser excesivamentealto con el aumento de la profundidad del pique.

P QU S57


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2.5. Arreglo seccional de un piqueorresponde la distribucin armnica de los espacios de la seccin d un pique para asegurar una

operacin eficiente del mismo en la etapa de construccin o produccinLassecciones habituales de los piques son: rectangular cuadrada o circular y dentro de estas secciones

ser necesario distribuir en forma adecuada el rea para los siguientes aspectos de la operacin del pique:

a Sistema de izaje: Seccin usada para el movimiento del balde de extraccin de marinab Acceso auxiliar del personal: Sector con escalerajes y plataformas de descansos colocadas cada 6

mts generalmente que sirve de acceso auxiliar y/o de emergencia para el personalc Ventilacin:Sector por donde pasar el ductode ventilacind Servicios: Sector por donde pasarn todos los servicios del pique tales como: aire comprimido agua

drenaje y energa elctricaLa divisin seccional de un pique puede ser realizado de las siguientes formas conforme al tipo de

material el cual adems actuar como elementode soportede lasparedesdel pique: onjuntode vigas de madera en una seccin rectangular. onjuntodevigas de acero en una seccin rectangular.Conjuntodevigas de acero en una seccin circular.

2.5.1. Conjunto devigas de madera en una seccin rectangularElconjunto de vigas de madera en un pique de seccin rectangular sirve para dividir la seccin del pique

ya la vez entregar sostenimiento a la paredes del piqueNormalmente se colocan vigas de madera de lado a lado en el pique con vigas divisorias conforme al

arreglo seccional del pique definido Estavigas son normalmente de madera de coigue y de secciones de 8 x8a 12 x 1 2

Cada conjunto se coloca a intervalos definidos cada 3 o 4 mts Y los espacios entre los conjuntos sonrevestidos con maderaEn la siguientes figuras se muestran algunos ejemplos de arreglos seccionales de 2 a 5 compartimientos

colocados en lneas o en pares

~

58 CONSTRUCCIONDETUNELESPIQUESy CHIMENEAS


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istri ucin de los compartimientos en un pique rectangular de madera

Tamao exterior del enmaderado

Nomenclatura

ep W

Sector de izaje: Area de la jaula del personal: Area de servicios de aire agua ventilacin energa: Acceso auxiliar del personal

PIQUES 9

H P

eH MW

-

Dimensin del enm der do Seccin de excavacinAncho mt. 3,5 4,1

Largo mt. 5,2 5,8.

Area m2 18,2 23,8


61/183

istribucin tpic de piques rect ngul res de m der

60 CONSTRUCCIONDETUNELESPIQUESy CHIMENEAS

TamaoInteriorComp. TamaoExcavacinSectores Compartimientos Dim. mt.) Area m2) Dim. mt.) Area m2)

2 1,9x3,5 6,7 1,5x4,1 10,3

3 1,9 x 5,1 9,7 2,5 x 5,7 14,3

4 1,9 x 6,8 12,9 2,5x 7,1 17,8

5 I H I H I V I CP IMW I 1,9x8,4 16,0 2,5 x 9,0 22,5

Compartimiento: 1,4 x 1,4 mt. Izaje HAcceso Pers. MW

Madera: 10 x 10 SectorAuxiliar AAVentilacin V

Esparciamiento: 1,65 mt. Jaulade Pers.Servicios S

Guas: 4 x 6


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Detalle de un pique de madera de compartimientos

Postes de maderade 8 x 6

Vista lateral

-E

Vista de planta

Guas de madera

5,0 mt.

ist de elevacin lateral y de fondo

Postes

Guas de madera

Vigas demadera de coiguede 10 x 6 f1,80 mt.

1~Vista de Fondo

1-IJ7lF

P QU S61


63/183

squem de un pique rectangular de maderaSeccin:3,10 x 3 70 mtVista de Planta

9 ~8

12 *x

~Vista de Elevacin

J~

Xr * 1.*12

3*, ,. .....................r J ~

45

6

Y

:: : : : ~2

4

7

62 - CONSTRUCCION E TUNELES PIQUESy CHIMENEAS

9

8

Xl


64/183

2 5 2 Conjuntoe vig sde acero en una seccinrectangularLadistribucin de las vigas de acero en un pique de seccin rectangular, sigue el mismo concepto general

que con vigas de madera, pero con algunas diferencias importantes:Son estructuras casi completamente incombustibles por lo que las hace mucho ms seguras que las vigas

de madera.Por su calidad estructural, frente a las vigas de madera, son de secciones menores por lo que dejan un

mayor espacio libre til en la seccin del pique, aumentando las posibilidades de tener una mejor ventilacin.El espaciamiento entre cada conjunto depender de los esfuerzos dinmicos que deban soportar por

efecto de las guas y, adems por la calidad geomecnica de la roca, donde est emplazado el pique.Cuando la calidad de la roca no es buena, generalmente se usa estos conjuntos de vigas de acero,

colocados cada 3 mt. En la vertical usando como revestimiento, hormign, previo a un sostenimiento con pernosde anclaje, malla y hormign proyectado.

Lasreas de cada uno de los compartimentos son variables, dependiendo del diseo especfico estudiado.En las figuras, a continuacin, se muestran detalles de secciones de piques con conjuntos de vigas de

acero, y una distribucin tpica del rea de piques rectangulares con vigas de acero.

istri ucin tpica e piques rectangulares con estructurade acero

PIQUES6

Compartimientoscon TamaoInteriorComn. TamaoExcavacinSectores revest. de concreto Dim. mt. Area m2 Dim. mt. Area m2

2 2,10 x 5,80 12,2 2,70 x 6,45 17,4

3 1,70 x 5,40 9,2 2,30 x 6,00 13,8

tE5 C 4,006,45 12,9 4,60x 7,00 32,2I:wl5 C 3,60 x 6,00 21,6 4,30 x 6,65 28,6

Compartimiento: 1,65 x 1,65 mt. Izaje H2,75 x 3,50 mt. Acceso Pers. MWSet de Acero: 8WF31 Sector Auxiliar AA

Ventilacin VEspaciamiento: 3,00 mt. Jaula de Pers. C

1,65 mt. Servicios SRevestimiento: 30 cms.


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Arreglo seccional de un pique de 5 compartimientos y con estructuras de acero

6 CONSTRUCCION DETUN L SPIQUES y CHIMENEAS

Area contrapeso Lneas de aire agua yenergaDuctos de ventilacin yconcreto

.....Acceso auxiliar para el personal

. Vigas de acero divisorias

Vigas de acero de contorno

Area jaula de personal

Vigas de acero divisorias

Area balde de extraccin Area balde de extraccin

Vigas de acero de fondo


66/183

2 5 3 onjunto de vigas de acero en una seccin circularEl concepto de colocacin del conjunto de vigas de acero en un pique de seccin circular esel mismo que

en otro tipo de secciones, con la salvedad que, normalmente los piques de seccin circular, van revestidos conuna capa de hormign estructurado, de a lo menos 12 de espesor, y produce una superficie lisa y de fcilmantencin.

Losconjuntos devigas de acero van colocados normalmente cada 3 mts. en la vertical y la distribucin delos compartimientos se realiza por vigas metlicas de similares caractersticas.

Lasventajas principales de un pique de seccin circular, revestido con hormign estructurado son:

a El pique queda habilitado para resistir grandes presiones del macizo rocoso.b Laseccin circular resiste de mejor forma las presiones laterales, que un pique de seccin rectangular,

con conjunto de vigas de acero o de madera.c La superficie lisa del revestimiento y la seccin circular, produce una baja resistencia para el aire,

logrndose mejores condiciones de ventilacin. Elflujo de aire esms aerodinmico al tener menores niveles deprdida de carga.

d Bajo costo de mantencin del pique por sualta estabilidad. Normalmente las reparaciones son en basea pernos de anclaje, malla y hormign proyectado en tramos y sectores

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Construccion de Tuneles, Piques y Chimeneas