Selección de pernos de anclaje

La importancia de la evaluación de las condiciones geomecánicas y operativas, en el proceso de selección de los sistemas de sostenimiento, toman un papel determinante en el proceso de brindar un adecuado control de la inestabilidad subterránea.

Por ello, es importante que los profesionales encargados de recomendar las técnicas de sostenimiento, así como los encargados de la aplicación del sostenimiento, estén íntimamente compenetrados con las relaciones que, de manera directa, existen entre la evaluación geomecánica y la operatividad de las zonas inestable.

El no realizar la interacción con estas macrovariables, podría originar situaciones nocivas para la seguridad de la operación minera, reflejadas en:

a) Una inadecuada selección del tipo de sostenimiento.
b) La generación de condiciones sub-estándares en la labor a estabilizar, exponiendo a los trabajadores a un mayor riesgo.
c) Sobredimensionamiento o subdimensionamiento de los elementos de sostenimiento.

Adicionalmente generar un incremento de costos en los programas de sostenimiento por la aplicación de alternativas de sostenimiento más costosas.

Conforme a ello, la importancia de interactuar con dichas macrovariables radica principalmente en dos objetivos: el de seguridad y el de productividad en las operaciones subterráneas.

Macrovariables de análisis
Macrovariable geomecánica
La importancia del estudio de la macrovariable geomecánica, deberá considerar los siguientes parámetros geomecánicos básicos de estudio:

1) Calidad geomecánica de la zona inestable.
2) Análisis de la estabilidad estructuralmente controlada (evaluación de formación de bloques y/o cuñas con relación a la orientación de los sistemas de discontinuidades y la dirección del eje de la excavación)
3) Niveles de esfuerzos presentes en la zona de trabajo.
4) Parámetros mecánicos de la masa rocosa (módulos elásticos)
5) Análisis de los factores de seguridad conforme a los niveles de inestabilidad de la zona.

Macrovariable operativa
Dentro de los parámetros operativos de estudio, que deberán ser considerados para la selección de la alternativa de sostenimiento, se tienen:

1) Tiempo de exposición de la labor minera: este parámetro esta ligado íntimamente al planeamiento de minado.
2) Dimensionamiento de la labor minera: parámetro base para la elección de los sistemas de sostenimiento.
3) Accesibilidad a la zona inestable: evaluando los ingresos para la disposición de los equipos y elementos de sostenimiento.
4) Disponibilidad de servicios: para la aplicación de la alternativa de sostenimiento.
5) Costos de las alternativas de sostenimiento a ser aplicadas: análisis costo – beneficio.

Cabe señalar que estos parámetros operativos básicos expuestos, no tienen un carácter absoluto, pudiendo adicionar más factores conforme a las características del yacimiento minero. De la misma forma, este punto es aplicable para los factores geomecánicos analizados inicialmente.

Criterios de selección de los pernos de anclaje
La importancia de la interacción entre las macrovariables geomecánicas y las operativas para la selección adecuada de la alternativa de sostenimiento, es el pilar clave para una adecuada recomendación de sostenimiento, salvaguardando los intereses de seguridad, productividad y de costos para la compañía minera.

Por lo general, cuando se evalúa la factibilidad del uso de una alternativa de sostenimiento correspondiente a la categoría por refuerzo (pernos de anclaje), muchas veces es analizada únicamente la macrovariable geomecánica, enfocándose solamente en la evaluación de las características geomecánicas del macizo rocoso (condiciones de calidad de roca y evaluación de la estabilidad estructuralmente controlada, principalmente), mas no de las características operativas de la zona inestable.

La diferenciación de la categoría de los anclajes (adherencia o fricción) se efectuará evaluando los siguientes factores operativos:

• Evaluación del tiempo de exposición de las labores a sostener.
• Capacidades de carga de cada una de las alternativas de anclajes.
• Análisis de factores de seguridad.
• Dimensionamiento de la labor minera.
• Análisis de los servicios para la aplicación de la alternativa seleccionada.
• Evaluación de costo – beneficio de la alternativa seleccionada.

De estos parámetros operativos, la evaluación del tiempo de exposición, asociada al grado de seguridad requerida de la labor minera y a la capacidad de carga que ofrece el anclaje, establecen la base para la selección de la categoría de anclaje a utilizar. Es importante indicar, que la evaluación del primer parámetro, determinará el filtro para la elección de la categoría de anclaje a ser aplicado, ya que asociará el tiempo de exposición de la labor minera con las características mecánicas de la categoría del anclaje.

Cabe mencionar, que los pernos de anclaje están agrupados en dos categorías de refuerzo: anclajes por adherencia y anclajes por fricción. Dentro de los cuales se encuentran agrupados los diversos tipos de anclajes conocidos en el mercado.

Asimismo en esta parte del análisis, es importante tener claro si la categoría del anclaje seleccionado corresponde a un soporte permanente o si corresponde a un soporte temporal. Esta premisa es importante al momento de seleccionar el tipo de sostenimiento, ya que las categorías por adherencia están asociadas a soportes permanentes, mientas que la categoría por fricción esta asociada a soportes temporales.

Una vez seleccionada la categoría de anclaje a ser utilizada, es necesario asociar el parámetro de la capacidad de carga que ofrece el anclaje. La capacidad de carga del anclaje, es el resultado de la medición cuando este se encuentra dispuesto dentro de la masa rocosa. Por ello, se debe tener claro el concepto de anclaje, el cual resulta de la asociación del macizo rocoso, el perno de acero, y de ser el caso, el encapsulante aplicado (el encapsulante lo constituye la matriz de adherencia en los pernos de la categoría de este nombre). Por esta razón, no es lo mismo la capacidad de carga del anclaje inserto y la capacidad de carga del perno no inserto, cuya verdadera nomenclatura estará asociada a las propiedades mecánicas del elemento de sostenimiento.

Una vez claro este concepto, será necesario comprobar las capacidades de carga reales del anclaje seleccionado, lo cual se obtiene mediante un programa de monitoreoque consiste en efectuar pruebas de arranque o también llamadas ensayos “pull tests”. Es importante en esta etapa, tener en cuenta que las capacidades de carga de los anclajes monitoreados, estarán en relación directa al dominio geomecánico en el cual fueron aplicados.

El Análisis de los factores de Seguridad es otra variable de evaluación la cual estará asociada a los Tiempos de exposición de las labores mineras. Es decir los FS estarán en relación directa al tiempo de exposición de las labores a ejecutarse. El grado de seguridad demandado para la estabilidad de la labor minera, deberá analizarse y controlarse con la alternativa o las alternativas de sostenimiento a aplicarse, para no caer en un sobredimensionamiento de dichos sistemas de soporte.

El Dimensionamiento de la Labor Minera; vinculado al análisis de las aberturas expuestas susceptibles a inestabilidad. En ésta etapa, el dimensionamiento – abiertos de las excavaciones, tomará un papel clave en la elección de las alternativas de soporte a proponer; ya que conjugará factores externos más complejos cuando más grande sea la excavación.

El Análisis de la Evaluación Costo Beneficio de la alternativa seleccionada es importante, anexada al costo del anclaje, estableciendo el índice: USD/Tn. sostenida.

Es decir a que costo sostenemos una tonelada de masa rocosa, estableciendo de esta forma una optimización del sostenimiento aplicado en la operación minera, esto contribuirá a un mejor control de los costos de sostenimiento mina.

Artículo publicado en la revista Seguridad Minera n° 96. Escrito por Mgs. Ing. Martín Flores, Sub Gerente de Línea Sostenimiento de Rocas y Geomecánica – Corporación Aceros Arequipa S.A.