Presentado en el V Seminario Peruano de Geoingeniería.Por: Ernesto López Pomareda, Compañía Minera Sierra Sun Group – Unidad Sierra Antapite.Resumen El objetivo del presente trabajo fue evaluar las condiciones o criterio de aplicabilidad de los pernos Split Set cementados en labores consideradas permanentes. Teniendo en consideración que: estos pernos por su capacidad de carga o resistencia al arranque (baja), normalmente son utilizados en el sostenimiento de labores temporales.Se planteó la siguiente hipótesis, ¿Qué efecto se tendría en la capacidad del perno, al aumentar la fuerza radial interna del Split Set con cartuchos de Cembolt o inyectando cemento?Llegándose a la conclusión que es factible utilizar los Split Set cementados en las labores permanentes. Teniendo en consideración que con la aplicación de Cembolt (cemento) a los Split Set, estos aumentan considerablemente su capacidad de carga, los que se demostró en las pruebas de arranque realizadas durante la evaluación del presente estudio.ObjetivosEl objetivo principal de este trabajo es evaluar las condiciones o criterio de aplicabilidad de los pernos Split Set cementados en labores consideradas como permanentes (by pass 815 del nivel 4330, mina Las Águilas).Hipótesis¿Qué efecto se tendría en la capacidad del perno, al aumentar la fuerza radial interna del Split Set con cartuchos de Cembolt o inyectando cemento?AntecedentesLos pernos Split Set por su capacidad de carga o resistencia al arranque, normalmente son utilizados en el sostenimiento de labores no permanentes, como tajos de explotación y/o labores temporales.Características del perno Split SetEl Split Set es un perno del tipo de sostenimiento por Fricción, que se basa en el contacto en toda su longitud entre el perno y la roca, para brindar el soporte requerido. La principal ventaja es su fácil instalación, usándose un menor diámetro del taladro (perforación) con respecto al perno, para lograr que quede instalado. La diferencia mínima recomendada es de 2.5 mm, pero podría ser mayor dependiendo del tipo de roca. Los proveedores indican como diámetro nominal del Split Set entre 39 – 39.5 mm y diámetros de perforación recomendados entre 35 – 37 mm.Consiste en un tubo ranurado a lo largo de su longitud. Uno de los extremos es ahusado y el otro lleva un anillo soldado para mantener la placa de apoyo. Al ser insertado el perno dentro de un taladro de menor diámetro, se genera una presión radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes del taladro, cerrando parcialmente la ranura de esté durante la instalación. La fricción en el contacto con la superficie del taladro y la superficie externa del tubo ranurado constituye el anclaje, el cual se opondrá al movimiento o separación de la roca circundante del perno, logrando así indirectamente una tensión de carga y así aumentar de esta manera la capacidad de soporte (incrementar la resistencia a la ruptura) del macizo rocoso aumentando la cohesión.Efecto de la corrosión en los pernos Split Set cementadosLa corrosión tiene un efecto negativo en los elementos de sostenimiento, perdiendo estos su capacidad de resistencia en el tiempo. Sabiendo que la corrosión en el acero y otros metales es el desgaste que sufren los metales por la continua exposición a los factores climáticos o externos, alterando la composición eléctrica del metal y logrando así que se deterioren las moléculas o partículas. En este sentido, al inyectar cemento o colocar cartuchos de cembol en el interior del Split Set, este servirá como aislante entre el material (acero) y el medio ambiente. Disminuyendo el efecto de la corrosión en el elemento de sostenimiento.Fuerza de fricciónLa fuerza de fricción o de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone al movimiento relativo entre ambas (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones entre las superficies en contacto, generalmente son microscópicas. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.Criterio económico de la evaluaciónEn toda operación minera, es de suma importancia la reducción de los costos operativos. En temas de sostenimiento de labores, frecuentemente la reducción de costos es cuasi imposible porque desde el punto de vista técnico prevalece el criterio de la estabilidad de las labores. Al utilizar los Split Set cementados se obtiene una capacidad de soporte muy similar o igual a los elementos de sostenimiento de un mayor costo (barras de acero). En La Tabla 1 se presenta la comparación realizada.Zonificación geomecánicaSe realizó la caracterización (zonificación) geomecánica del macizo rocoso. La zona de evaluación se sectorizó en dos estaciones A y B. Ver los resultados obtenidos en las Figuras 1, 2 y 3.Con la zonificación geomecánica del by pass 815, se ha podido determinar que este presenta dos zonas: una con valor RMR igual a 32 y otra con valor RMR igual a 44, caracterizando el macizo rocoso como roca tipo IV y III, respectivamente, teniendo en consideración la tabla geomecánica diseñada para la unidad minera.Cálculo de los esfuerzos in situPara el cálculo de los esfuerzos alrededor del by pass 815, se considera un valor de RMR promedio de 38, una profundidad de la labor (cobertura) de 70 metros, una densidad del material de cobertura de 20.1 kN/m3.Determinación de longitud del pernoPara definir la longitud de los pernos, se considera la sección de la labor (2.5 m x 2.5 m) y el coeficiente ESR (radio del soporte de la excavación).Determinación del volumen de material en el área disturbadaTeniendo en consideración la sección de labor (2.5m x 2.5m), se determina el área disturbada y el volumen de material comprendido, el mismo que deberá ser sostenido con el uso del elemento de sostenimiento.Determinacion del peso de cuñasCon el valor RMR promedio determinado en la caracterización geomecánica de la labor, se establece la cantidad de discontinuidades por m3, esto permitirá definir el volumen máximo de las cuñas.Se define entonces que las posibles cuñas a formarse en la labor tendrán como máximo 4.9 Ton.Resultados de ensayos Pull Test en pernos Split Set y pernos Split Set cementadosν La carga promedio que soportaron los pernos Split Set de 5 pies de longitud fueron 6.16 Ton, con una máxima de 7.0 Ton.ν La carga promedio que soportaron los pernos Split Set de 5 pies de longitud con cartuchos de cemento fueron 8.36 Ton, con una máxima de 11 Ton. Para cada perno se instaló 05 cartuchos de cemento y se realizó la prueba a las 24 horas.Teniendo en consideración los cálculos realizados y los resultados obtenidos en los ensayos o pruebas Pull Test en los pernos Split Set y pernos Split Set cementados.Se tiene que:1. Los pernos Split Set con una capacidad de anclaje de 6.16 ton versus 4.9 ton (peso de la cuña) brindarían un factor de seguridad de 1.2, valor bajo para una labor permanente (6.2 ton = 0.061 MN).2. Los pernos Split Set cementados con una capacidad de anclaje igual a 8.36 versus el peso de la cuña (4.9 ton), brindan un factor de seguridad de 1.7, valor muy superior al 1.5 requerido o recomendado para labores permanentes (8.4 ton = 0.082 MN).Espaciamiento máximo entre pernosHabiendo definido el peso de la cuña máxima por m2, se obtiene la sección sostenida por el perno en función de su longitud.Esto permite definir el radio de influencia de cada perno y el espaciamiento máximo entre pernos.Ensayos de pruebas Pull TestPara la siguiente evaluación, se realizaron ensayos de campo o pruebas de Pull Test en el Cx 920 Nv. 4330 y by pass 815 Nv. 4330, a los pernos Split Set de 5 pies (sin cemento) y pernos de 5 pies Split Set cementados, obteniéndose los resultados mostrados en las Tablas 2 y 3.Aplicación numéricaPara la aplicación del cálculo numérico se ha utilizado el software Phase, teniendo en consideración los parámetros de resistencia del macizo rocoso mostrada en la Tabla 4.Los parámetros de resistencia fueron determinados con el software Roclab, ingresando los siguientes va- lores determinados:ν Esfuerzo compresivo de la roca intacta. ν Valor GSI.ν Factor del grado de perturbación en el macizo rocoso por efectos de la voladura.ν Valor “mi’’ característico de la roca circundante a la excavación.El modelo desarrollado, brinda como resultado el factor de seguridad. Con un FS mínimo de 1.2, se considera aceptable para labores permanentes.Mejoras en la fabricación de los pernos Split SetDel resultado de las pruebas realizadas, se pudo observar que fue frecuente la falla por fisura en el anillo (soldadura) en los pernos cementados. Con esta premisa se definió realizar las pruebas de Pull Test en pernos Split Set con un mayor espesor de acero (2.3 mm) y una mejor característica de la soldadura de la argolla al cuerpo del perno.Se obtuvo como resultado el incremento en valores significativos de la resistencia al arranque de los pernos Split Set y de los pernos Split Set cementados. Esto permitirá teniendo en cuenta los mismos factores de seguridad ampliar la malla de distribución de pernos.La Tabla 5 muestra el comparativo resumen del resultado de las pruebas Pull Test.Proceso de instalación de los pernos Split Sset cementadosPara la instalación de los pernos Split Set cementados, después de realizada la perforación del taladro, se instalarán dos cartuchos de cemento seguidos del perno, el mismo que se instalará en el taladro ayudado con la máquina perforadora. Luego se introducen tres cartuchos de cemento. Todos los cartuchos de cemento deben ser previamente humedecidos y cortados longitudinalmente antes de la instalación. Se taqueará cada cartucho introducido en el perno provocando que este llene totalmente el interior del Split Set.Conclusiones y recomendaciones1. Teniendo en consideración los resultados obtenidos en la presente evaluación, se puede concluir que es factible utilizar los pernos Split Set cementados en el sostenimiento de labores permanentes, como es el caso del by pass 815 del Nv. 4330 de minera Las Águilas - Ciemsa.2. En roca tipo IV para la aplicación de los pernos Split Set, el diámetro de perforación debe ser máximo de 34 mm. En roca tipo III, el diámetro de perforación debe ser de 36 mm., como máximo.BibliografíaAlva, L.M. 2019. Optimización del Sostenimiento con Barras Helicoidales y Pernos Split Set de 5 pies mediante el Control de Calidad antes, durante y después de la Instalación en la Empresa Minera Marsa – Parcoy. Trujillo. Perú.Cecenarro, J. J. 2019. Evaluación de la Capacidad de Soporte de los Pernos Split Set y Distribución, para la prevención de Accidentes por Desprendimiento de Rocas, en la U.E.A. Heraldos Negros de la Compañía Minera San Valentín. Huancavelica. Perú.Giraldo, E. M. 2018. Capacidad de Anclaje de los Split Set en función de su longitud efectiva de anclaje. Lima. Perú.Huamaní, D. A. 2014. Optimización del Sostenimiento Mediante el uso de Hydrabolt Unidad Minera Bateas – CONGEMIN JH S.A.C. Arequipa. Perú.
