Proyecto De Invesitgacion Mecanica De Rocas.docx

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE TRUJILLO “BENEDICTO XVI”

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA: INGENIERÍA DE MINAS TITULO: “DISEÑO DE MEZCLA DE SHOTCRETE PARA SOSTENIMIENTO POR VIA SECA EN UNA GALERIA DE 2.40m. x 2.40m. EN LA MINA COBRIZA”

CURSO: MECANICA DE ROCAS Y SUELO

DOCENTE: Ing. Valderrama Eleodoro

AUTOR: García Loayza, Daniel

Presentación

La presente investigación trata de mostrar acerca de la utilización y efectividad del shotcrete como medio principal para el sostenimiento y seguridad en una mina subterránea.Cobriza es la unidad minera de Doe Run Perú ubicada en el distrito de San Pedro de Coris, provincia de Churcampa, región Huancavelica. Cobriza tiene 2 procesos principales: el de minado y el de concentración vía flotación en la Planta Concentradora de Pampa de Coris. Se realizará un diseño de shotcrete según sea el área por sostener de la galería DE 2.40m. x 2.40m. En La Mina Cobriza

Contenido CAPITULO 1........................................................................................................................................1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................1 1.1.

Realidad Problemática ..............................................................................................................2

1.2.

Antecedentes y Justificación ....................................................................................................2

1.2.1. Antecedentes ...............................................................................................................................2 1.2.2. Justificación ................................................................................................................................2 1.3.

Marco Teórico ..........................................................................................................................3

1.3.1.

Calidad de roca.....................................................................................................................3

1.3.2.

Diseño de concreto ...............................................................................................................4

1.3.3.

Shotcrete vía seca .................................................................................................................4

1.4.

Formulación del Problema .......................................................................................................5

1.5.

Objetivos ..................................................................................................................................5

1.5.1.

Objetivo General ..................................................................................................................5

1.5.2.

Objetivos específicos ...........................................................................................................5

1.6.

Hipótesis ...................................................................................................................................5

1.7.

Importancia...............................................................................................................................5

CAPITULO 2........................................................................................................................................6 MÉTODOS Y TÉCNICAS ...................................................................................................................6 2.1. Población .......................................................................................................................................6 2.2. Muestra ..........................................................................................................................................6 2.3. Tipo de investigación .....................................................................................................................6 2.4. Técnicas .........................................................................................................................................6 2.5. Métodos .........................................................................................................................................7 2.5.1. Diagrama De Diseño ...................................................................................................................7 2.5.2. Diseño De Shotcrete ...................................................................................................................7 CAPITULO 3........................................................................................................................................8 RESULTADO Y DISCUSIONES ........................................................................................................8 3.1. Resultados ......................................................................................................................................8 3.2. Discusión .......................................................................................................................................8 CAPITULO 4........................................................................................................................................8 CONCLUSION .....................................................................................................................................8 4.1. Conclusiones ..................................................................................................................................8 4.2. Recomendaciones ..........................................................................................................................9 CAPITULO 5........................................................................................................................................9 5.1.. Bibliografías..................................................................................................................................9 5.2. Apéndice ........................................................................................................................................9 5.3. Anexos .........................................................................................................................................12

CAPITULO I INTRODUCCIÓN La actividad minera es uno de los rubros fundamentales que ha permitido el desarrollo de la economía peruana. Su amplia expansión en los últimos años exige la utilización de sistemas de extracción más sofisticados, seguros e innovadores. El uso del concreto premezclado en la minería se ha convertido en un quehacer rutinario y cada vez son más exigentes y especializados sus requerimientos a nivel tecnológico. Una de las principales actividades en una operación minera es precisamente el sostenimiento con el revestimiento de las superficies con concreto. Por este motivo, se ha incorporado el servicio especializado del concreto lanzado por el sistema de vía húmeda y vía seca conocido como “shotcrete”. El desarrollo tecnológico de la maquinaria y el concreto han provocado, junto con los progresos en la transformación de los aditivos y de la mano de obra especializada, el surgimiento de nuevas perspectivas en la aplicación del concreto lanzado o proyectado (shotcrete). El ser humano, en la constante búsqueda por la eficiencia, productividad y calidad de sus espacios ha innovado los procedimientos y usos de los insumos de la construcción, particularmente en el rubro del concreto lanzado. La convergencia de la fuerza de trabajo y los medios de producción avalan la eficacia en la aplicación de este material para taludes, muros de contención, túneles, minas y muelles, entre otras obras; además de contar con la rentabilidad económica en los procesos constructivos, el embellecimiento y cuidado del entorno circundante En las últimas décadas el Concreto Proyectado ha ganado importancia por razones de flexibilidad, velocidad y economía especialmente en la estabilización de túneles. Las principales razones: los avances tecnológicos y los procesos de Concreto Proyectado. La mina Cobriza, perteneciente al distrito de Coris de la provincia de Churcampa del departamento de Huancavelica, Perú; se ubica en el flaco izquierdo del valle profundo del curso del río Mantaro a 190 Km al S60ºEde la ciudad de Huancayo4 , como se encuentra en el Inventario de Reservas de la Mina Cobriza, firmado Jefe de Geólogos de División, Andrés Rivera en 1984. Este importante yacimiento de cobre, plata y bismuto ocurre en un solo manto calcáreo reemplazado por sulfuros que yace entre dos estratos de pizarras intensamente plegados y fracturados. El manto es una roca muy competente con un RQD de 90 a 100cuando no están interceptadas por fallas, o simplemente cuando las labores se desarrollan sobre los hastiales deleznables con RQD de 60 a 30, (STAGG.1990). Los problemas de sostenimiento se generan también cuando se desarrollan By-Passes (túneles paralelos a las galerías y rampas) desarrollados sobre los hastiales en pizarra.

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1.1. Realidad Problemática En la mina cobriza se ha detectado el problema de la caída de roca en la galeria (N°010 Sur) de 2.40m. x 2.40m por lo que se ha tomado la decisio de realizar un diseño de mezcla de shotcrete para sostenimiento y asi tener un menor riesgo a daños personales o de equipos, además de eso para una menor polución de polvo. 1.2.Antecedentes y Justificación 1.2.1. Antecedentes En Consorcio Minero Horizonte, el Shotcrete es el principal elemento de sostenimiento de la mina, se emplea en promedio 3500m3/mes, en casi todas las labores mineras para el soporte de rocas de mala a extremadamente mala calidad. La Unidad Culebrillas que fue adquirida en el 2008 por Consorcio Minero Horizonte a la Compañía Minera Real Aventura cuenta también en las labores con el sostenimiento de shotcrete por vía seca en sus galerías. En Marsa las labores con roca media requieren algún tipo de sostenimiento, según la evaluación del área de geomecánica dispone el sostenimiento por vía seca para sus instalaciones temporales o cuando las presiones del terreno son moderadas. En la Unidad Minera Huancapetí también emplean el sostenimiento de shotcrete por vía seca

1.2.2. Justificación La presente investigación se enfocará en estudiar el diseño de mezcla en peso del shotcrete a su estimación de los pesos requeridos para que se pueda lograr la resistencia de concreto determinado. Esto permitiría que el shotcrete cree un revestimiento y soporte del túnel para que sea un medio de sostenimiento preventivo y así se pueda agilizar las labores en mina y poder seguir trabajando de una forma más segura.

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1.3. Marco Teórico

1.3.1. Calidad de roca El MR (Macizo Rocoso) o Roca es la Unidad Básica de la corteza terrestre; es un conjunto de minerales formados en determinadas condiciones de temperatura, presión y otros factores que han permitido su consolidación. En este sistema el índice RMR se obtiene como suma de cinco números que son a su vez función de: • la resistencia a compresión simple de la roca matriz • RQD • espaciamiento de las discontinuidades • condición de las discontinuidades • condición del agua • orientación de las discontinuidades Sistema Q El índice Q se obtiene mediante la siguiente expresión:

Por la tanto se tomará como “Roca muy Mala” de 0.1 – 1

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1.3.2. Diseño de concreto El diseño de las mezclas para Concreto Proyectado siempre debe adaptarse a las especificaciones del agregado y del cemento disponible para poder obtener la resistencia inicial y la trabajabilidad requeridas. Los ensayos preliminares en el laboratorio hacen más fáciles las operaciones en obra. El tipo de cemento tiene una fuerte influencia en el desarrollo tanto de la resistencia inicial como de la final, así como en las propiedades del concreto endurecido. Por ejemplo en el caso de Sika que ha desarrollado SikaFume® para una baja permeabilidad (durabilidad) y para reducir el rebote. SikaTard® o ViscoCrete® (Plastificantes o Superplastificantes) se utilizan para mejorar el manejo con bajos contenidos de agua. Las fibras de acero incrementan la capacidad de carga y las propiedades de ductilidad del Concreto Proyectado. Las fibras de polipropileno son utilizadas para mejorar las propiedades de contracción inicial y obtener una resistencia más alta al fuego del Concreto Proyectado. El contenido de aire en el Concreto Proyectado fresco se incrementa para mejorar la manejabilidad. El tamaño máximo del agregado depende del espesor de capa y del acabado de la superficie requerida del Concreto Proyectado. Aproximadamente el 95% de la superficie del agregado corresponde a la fracción de la arena de 0 - 4 mm. Las variaciones en la arena tienen un fuerte efecto en las propiedades del concreto endurecido. La fracción de arena debe ser analizada con extremo cuidado durante el proceso de control de calidad. 1.3.3. Shotcrete vía seca El concreto lanzado o shotcrete por el denominado vía seca data de fines de los años 50 en nuestro país, teniendo sus antecedentes en los túneles de los primeros proyectos hidroeléctricos que se ejecutaron expandiéndose luego en las actividades mineras como elemento de sostenimiento en los socavones. La tecnología de este tipo ha tenido un desarrollo lento a nivel mundial porque el diseño de la mezcla es netamente artesanal, es muy variable en su calidad al depender de la voluntad del operador la aplicación del agua y en consecuencia no mantiene constante su relación agua/cemento; el rebote irregular muestra una estructura de gradación discontinua y finalmente la compatibilidad entre los diversos tipos de cemento y los acelerantes ultrarrápidos ha sido un problema de difícil solución. La manera como se hace shotcrete vía seca en nuestro país y a nivel mundial en la actualidad no ha variado mucho en los últimos 20 ó 30 años; sin embargo, si han cambiado las exigencias de los procesos en las minas en cuanto a rapidez, nivel de resistencia estructural, mayores rendimientos para mantener la rentabilidad de la operación, protección ecológica del medio ambiente y seguridad para la persona. 4

1.4. Formulación del Problema ¿Como podría realizarse un diseño de mezcla de shotcrete para sostenimiento por via seca en la Galeria (N°010 Sur) de 2.40m. x 2.40m. en la mina cobriza?

1.5. Objetivos

1.5.1.

Objetivo General

Formular el diseño de mezcla para de shotcrete para sostenimiento por vía seca en la galería de 2.40m. x 2.40m. en la mina Cobriza

1.5.2.

Objetivos específicos

Determinar el espesor de shotcrete para el sostenimiento por vía seca en una galería de 2.40m. x 2.40m. en la mina Cobriza Establecer la resistencia a la compresión del shotcrete en una galería de 2.40m. x 2.40m. en la mina Cobriza 1.6. Hipótesis Si se diseña la mezcla de shotcrete para sostenimiento por vía seca en una galería de 2.40m. x 2.40m entonces

1.7. Importancia Su importancia sobre el uso del shotcrete en la minera “cobriza” es que se logrará un revestimiento y soporte del túnel en la mina subterránea, protección de rampas y accesos en la mina.

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CAPITULO II MÉTODOS Y TÉCNICAS 2.1. Población Mina Cobriza 2.2. Muestra Galeria de 2.4m x 2.4m 2.3. Tipo de investigación Investigación Experimental La razón por la cual es una Investigación Experimental es que las condiciones son controladas en este caso es el diseño de shotcrete 2.3.1. Tipo De Investigación Investigación Experimental 2.3.2.- Diseño De Investigación: Correlacional 2.3.3.- Variable Independiente: Shotcrete 2.3.4.- Variable Dependiente Diseño 2.3.5.- Estadísticas Encuestas 2.4. Técnicas e Instrumentos 2.4.1. Técnicas documentarias  Observaciones  Encuestas 2.4.2. Técnicas instrumentarías  Lapiceros  Laptop  Calculadora  Internet  Tesis  Artículos  Libro

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2.5. Métodos

2.5.1. Diagrama De Diseño

2.5.2. Diseño De Shotcrete Para diseñar el shotcrete se debe tener en cuenta el área que se va a realizar el sostenimiento y espesor del shotcrete para obtener un resultado de presión máxima de soporte estándar. Para la mescla del concreto se necesita cemento, agregando grueso, agregado fino y agua. Para calcular el espesor de shotcrete se debe conocer el diámetro en unidades de pie, para la cual 2.4 metros es 7.873 pies. La calidad de la roca tomaremos como “Roca muy Mala” donde es de 0.1 a 1 y el RQD es de 0- 25% El cálculo para el volumen del shotcrete se realiza de acuerdo con el diámetro y la longitud de la galería N° 010 Sur 2.5.3. Cálculo Se realizó diversos cálculos con la ayuda de las formulas establecida por el docente a cargo del curso: El primer cálculo que se ejecuto fue para hallar el perímetro del túnel en esta operación se necesitó los datos como: la altura del túnel y el ancho de este. En el segundo cálculo se encontró el área del túnel para esto se tomó en cuenta el perímetro y la longitud del túnel. En el tercer cálculo se halló el espesor del shotcrete del túnel, para esta operación es necesario saber el diámetro del túnel.

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En el cuarto cálculo se encontró el volumen de la zona que se va a shocretear y para hallar se debe saber el área, espesor de shotcrete y el FR. Finalmente se desarrolló la presión máxima de soporte en el túnel, los datos que se necesita para hallar este cálculo son: Resistencia a la compresión del shotcrete, radio de excavación del túnel, y el espesor del shotcrete.

CAPITULO III RESULTADO Y DISCUSIONES 3.1. Resultados Se logro establecer cálculos que servirán para realizar un sostenimiento seguro de un túnel de 2,40m de altura por una base de 2.40m, en este caso los datos fueron obtenidos a base de las medidas del túnel de la minera “Cobriza”. Además, se hizo búsqueda de información (libros, revistas e internet) donde se conoció las técnicas más usadas de concreto lanzado y las más adecuadas para este tipo de túneles. 3.2. Discusión Los cuadros de madera donde la clase obrera de dicha mina están sometidos a riegos fatales por este tipo de sostenimiento que se usa. El principal riesgo que están sometidos las personas es al caído de rocas ya que la madera es un material que rápidamente se descompone. Es por esta razón que se estableció una nueva técnica de sostenimiento la cual se detalla en esta investigación. El concreto lanzado en vía seca en una técnica que se usa desde épocas antiguas que conforme va pasando los años se va mejorando la técnica. Durante los últimos 20 años no ha variado mucho, sin embargo con el avance de la tecnología esta técnica está en todas partes del mundo por su gran rendimiento y seguridad en los túneles mineros.

CAPITULO IV CONCLUSION 4.1. Conclusiones Se concluye que el trabajo de investigación está dispuesto a un 70 %, esto da paso a que se siga investigando y profundizando más sobre esta investigación. Se logró determinar el espesor de shotcrete para el sostenimiento por vía seca en una galería (N°010 Sur) de 2.40m. x 2.40m.

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Se logró establecer la resistencia a la compresión del shotcrete en una galería (N°010 Sur) de 2.40m. x 2.40m. en la mina Cobriza

4.2. Recomendaciones Una de las recomendaciones es que mi colega Nieves Joaquín, John podría investigar lo referente al diseño de diseño de mezcla de shotcrete para sostenimiento por vía seca para realizarlo en las siguientes labores por venir de la mina Cobriza CAPITULO V 5.1.. Bibliografías Steward & Loggerenberg, The design of a concrete transport system on Cullinam Diamond Mine, The journal of the Southern African Institute of Mining & Metallurgy, Volume 106, February 2006, p. 14 Bieniawski, Z.T., Engineering Rock Mass Classifications. A Wiley Interscience Publication, 1989. ASTM International, ASTM C33. Standard Specifications for concrete aggregate. West Conshohocken. U.S. https://triplenlace.com/2013/04/13/contenido-de-cu-en-una-roca-porespectrofotometria-y-calculo-de-los-limites-de-deteccion-y-cuantificacion/ https://es.wikipedia.org/wiki/Calcopirita http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/1153/1/gutierrez_ad.pdf Shotcrete strengthened engineering to support ofweak rock onunderground excavations. Fernando Enrique Toledo Garay1 , Alfonso Romero Baylon2 - Elard Felipe León Delgado3 http://www.doerun.com.pe/content/pagina.php?pID=95 5.2. Apéndice Calculo para Espesor de Shotcrete Tc= (D/150)(65-RSR) D= 7.873 pies Q= 0.2 RSR= ( 13.3 log Q + 46.5) RSR = 37.2036 Por lo tanto : Tc= (7.873pies /150) (65-37.2036) Tc= (5.248*10-2 ) (27.7963) 9

Tc= 1.458 pulgadas Calculo del Volumen del shotcrete V= Area * Espesor del shotcrete*factor K L= 2m Área = ((2H + πD)/2)*L Área = 24.679m2 Tc= 1.458 pulgadas = 0.037m. Factor K= 2.1 V= 24.679m2 * 0.037m.* 2.1 V= 1.917m3

Calculo de la Resistencia a la compresión del shotcrete acshot = 2 * Psmax / (1-(ri-Tc)2/ri) Psmax= 11 Kg/cm2 ri = 36.57 cm Tc = 3.70 cm acshot = 2* 11 Kg/cm2/ (1-( 36.57 cm- 3.70 cm)2/(36.57 cm)2) acshot = 280 Kg/cm2

Datos: F´c = 280 Kg/cm2 Slump = 1” Agregado Grueso max: ¾” Contenido de humedad: 3% % de absorción: 0.4% Modulo de Fineza: 3 Contenido de humedad N°02: 5% % de absorción: 3% RESOLUCION Slump = 1”

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Por lo tanto tamaño del agregado grueso: ¾ “ Agua de Mexcla: 175 Kg/cm2 Relacion de agua y cemento K=1.25 F´cr= KF´c = 1.25 * 280 = 350 Kg/cm2 315 350

0.38 x

X = 0.42 Agua/Cemento = 0.42

Calculo del contenido del cemento

Cemento = (175 Kg/m3) / 0.42 = 416.6 Kg/m3

Estimacion del contenido de agregado grueso

Agreg. Grueso= 0.60 * 1700 = 1020 kg

Estimacion del contenido de agregado fino

Tamaño grueso del agregado = ¾ “ Peso del concreoto = 2355 kg/ m3

Agreg. Fino = 2355 - ( 1020+416.6+ 175) Agreg. Fino = 743.4 Kg/m3

Ajuste por contenido de Humedad y de los agregados

Agreg. Grueso = 1020 (1+ 3/100) = 1050.6 kg Agreg. Fino = 743.4 ( 1+ 5/100) = 780.57 kg

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Agua de Mezcla neta Agua del agreg. Grueso = 1050.6 ( 3% - 0.4% ) = 31.39 kg Agua del agreg. fino = 780.57 ( 5% - 3 % ) = 31.39 kg Agua mezcla Neta: 175 – 69.24 = 105.76 kg/m3

Resultados en Peso Cemento = 416.6 kg/m3 Agreg. Grueso = 1050.6 kg/m3 Agreg. Fino = 780.57 Kg/m3 Agua = 105.76 Kg/m3 5.3. Anexos Anexo1: Normas NTC 550 procedimientos de elaboración de los cilindros y ensayo de resistencia a la compresión Anexo2: Normas NTC 673 procedimientos de elaboración de los cilindros y ensayo de resistencia a la compresión Anexo 3: Norma EN 14487-1 Clases de resistencias tempranas del concreto lanzado según Anexo 4: Norma CTN 001 CEMENTO, CALES Y YESOS Anexo 5: Norma CTN 001 CEMENTO, CALES Y YESOS Anexo 6: Norma CTN 007 Agregados,Concreto, Concreto Armado Y Concreto Pretensado Anexo 7: normas de ensayos NTC Icontec, ASTM

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