1. Hormigón Proyectado (Shotcrete)

Proceso en el cual se proyecta hormigón con aire comprimido sobre una superficie de aplicación.

Características del Shotcrete

El Shotcrete mantiene las características esenciales de los hormigones tradicionales, además de adicionar propiedades específicas:

Propiedades de Resistencia

• Resistencia a la compresión
• Resistencia a la flexión (duplicado en el original, se asume que se refiere a la resistencia general)
• Resistencia al cizalle

Propiedades Adicionales

• Impermeabilización
• Mejor estabilización
• Resistencia a las heladas

Aplicaciones del Hormigón Proyectado

Aplicaciones Civiles

• Revestimiento de túneles
• Impermeabilización de terrenos
• Construcción de canales
• Construcción de piscinas
• Elemento anticorrosión
• Protección antifuego
• Estabilización de taludes
• Recuperación de hormigones dañados
• Protección de tuberías
• Revestimiento de gaviones

Aplicaciones en la Minería

• Revestimiento de túneles, galerías y piques.
• Impermeabilización puntual
• Fortificación con pernos y malla
• Estabilización de taludes
• Reparaciones interior mina
• Alisamiento en perímetro de labores (túneles, galerías y chimeneas, etc.) para mejorar condiciones aerodinámicas para el paso del aire de la ventilación.

Tipos de Shotcrete

1. Vía seca
2. Vía húmeda

Shotcrete por Vía Seca

• Equipos más pequeños (menor inversión, pero menor rendimiento, ej. 1-3 m³/hora)
• Mejor en espacios reducidos
• Equipos mecánicos más baratos y más fáciles de mantener
• La mezcla se puede transportar a mayor distancia (hasta 100 m)
• El hormigón alcanza mayor calidad
• Generación de polvos (desventaja)

Shotcrete por Vía Húmeda

• Escasa producción de polvo
• Mejor rendimiento (6-8 m³/hora)
• Mejor control de la relación agua/cemento
• Equipos más grandes (mayor inversión y más difíciles de mantener)
• Proyección sobre cabeza más difícil
• Más difícil de transportar

Composición y Dosificación de la Mezcla

Mezcla

• Cemento: Normal (especial) y Alta resistencia (+ rápido fraguado, + caro)
• Áridos: Arena (10-12 mm) y Gravilla (hasta 25 mm. Óptimo: menor o igual a 16 mm)
• Agua:
  • Mezcla seca (relación agua/cemento: 0.3-0.5)
  • Mezcla húmeda (relación agua/cemento: 0.4-0.6)

Dosificación Estándar

Por cada 1000 litros de áridos:

• 250-450 kg de cemento

Resistencia a la Compresión a 28 Días

Clasificación estándar del hormigón:

• H-20: 200 kg/cm²
• H-25: 250 kg/cm²
• H-30: 300 kg/cm²

Relación Mortero Árido/Cemento: 1:25 y 1:3

Aditivos

• Acelerador de fraguado (polvo y líquido). El líquido es generalmente preferido.
• Mejoradores de impermeabilización
• Anticongelante (poco común)

Nota importante: Todos los aceleradores de fraguado disminuirán la resistencia final del Hormigón Proyectado (HP).

Rechazo del Hormigón Proyectado (Rebote)

El rechazo es la porción de material que rebota de la superficie durante la proyección.

Porcentaje de Rechazo Típico

• Vertical hacia arriba (sobrecabeza): 25-40%
• Horizontal o inclinación de la superficie: 15-30%

Factores que Influyen en el Rebote

• Tamaño de los áridos (a mayor árido, mayor rechazo)
• Velocidad del chorro del hormigón
• Distancia entre el pitón (lanza) y la superficie de aplicación
• Experiencia del operario (shotcretero)
• La superficie de aplicación
• La dosificación del agua
• Ángulo de impacto contra la superficie

Recomendaciones de Aplicación

Aplicación perpendicular a la superficie de aplicación a una distancia de 1 a 2 metros.

Sistemas de Fortificación Especial

• Shotcrete con fibras
• Shotcrete con mallas
• Fortificación con concreto (masivo)
• Fortificación con dovelas de concreto
• Fortificación con módulos de concreto armado

Shotcrete con Fibra

Las fibras pueden ser de:

• Fibras de acero (pueden causar daño al equipo)
• Fibras de plástico (menos daño, pero menos usadas)

Funciones de la Fibra

• En algunos casos, reemplaza la malla
• Mejora la resistencia a la tracción
• Aumenta la capacidad de trabajo
• Reduce la contracción

Fibras por su Tamaño

• Fibra corta (Menor a 10 cm de longitud, Diámetro = 0.4 mm)
• Fibra larga (Menor a 25 cm de longitud)

Ventajas de la Fibra Corta

• Mejor compactación del hormigón
• Reduce el rebote
• Evita corrosión de las propias fibras

Desventajas de la Fibra Corta

• Alto costo de adquisición
• Posibles daños en los equipos

Dosificación de la Fibra

5% del peso del cemento.

Usos de la Fibra

• Reparación de labores
• Construcción de talleres, plantas de chancado, etc.
• Protección de rocas dañadas

Pruebas y Ensayos del Hormigón Proyectado

Pruebas de Resistencia

Se realizan pruebas a los 7 y 28 días. Se llena un cajón de madera con hormigón proyectado y se deja secar unos 3 días; luego se lleva a laboratorio para la toma de testigos.

Estándar para Clasificar la Calidad del Hormigón

• H-20: 200 kg/cm²
• H-25: 250 kg/cm²
• H-30: 300 kg/cm²
• H-35: 350 kg/cm²

Shotcrete con Malla

Tipos de Mallas

• Trenzada
• Soldada
• Armadura de Fierro (absorben contracciones, aumentan las resistencias a la tracción, reparten las cargas y así evitan contracciones laterales).

Material: Fierro con aberturas mayores a 5 cm. Ideal: 10×10 cm y 10×15 cm.

Fortificación con Concreto (Masivo)

Poco usado en labores de avance por su alto costo y lenta instalación.

Uso Aconsejado de Fortificación con Concreto

• Construcciones permanentes (plantas de bombeo, talleres, plantas de chancado, etc.)
• Labores principales
• Reparaciones de zonas muy dañadas y presionadas

Casos Especiales de Fortificación con Concreto

1. Dovelas de concreto
2. Módulos de concreto armado

Fortificación con Dovelas de Concreto

• Muy pesadas (aprox. 50 kg/unidad)
• Se montan con una cercha guía
• Normalmente son anillos circulares cerrados y de 4 segmentos
• Fáciles de armar y desarmar
• Requieren ser reparadas periódicamente
• Rango de 2.0-4.5 m de diámetro. Normal: 3-3.8 m de diámetro y 0.50 m de longitud.
• Resistencia a la compresión de 250 kg/cm².

Fortificación con Módulos de Concreto Armado

• Anillos cerrados
• Se fabrican en el exterior de la mina
• Se aconseja para terrenos muy fallados, compresionados y en labores de larga vida útil
• No se utilizan en labores de avance
• Cada módulo mide 0.75-1.0 m de longitud y pesa entre 2.0 y 3.75 toneladas/módulo.
• El diámetro interior varía entre 3.0-4.4 m
• El montaje implica instalar primero el módulo del piso, luego los laterales y finalmente la corona
• Lo ideal es disponer de un brazo hidráulico para el montaje
• Es importante colocar tablillas de madera entre cada módulo

2. Ventilación en Minas Subterráneas

Objetivos de la Ventilación

• Proporcionar el oxígeno (O₂) que requieren los mineros.
• Suprimir gases tóxicos generados por el uso de explosivos.
• Mantener el balance de oxígeno.
• Evitar la mezcla explosiva de gases con aire.
• Eliminar concentraciones nocivas de polvos en suspensión.
• Reducir la temperatura en faenas muy calurosas o muy profundas.
• Aumentar la temperatura en zonas muy frías.
• Diluir gases tóxicos provenientes de maquinaria Diésel.

Composición del Aire Seco

Nota: No existe aire completamente seco. Siempre hay presencia de vapor de agua (0.1-3%). En ambientes de interior de mina, el vapor de agua suele ser mayor al 1%.

Efectos de la Deficiencia de Oxígeno (O₂)

Principales Causas de la Disminución de Oxígeno en la Mina

• Procesos de oxidación lenta en materias orgánicas (madera, combustible, etc.)
• Desprendimiento de gases de rocas (carbón)
• Incendios
• Combustión de equipos Diésel
• Respiración humana

Regulaciones de Ventilación en Minas

• En Chile, se exige 3 m³/min por minero (3000 litros/min).
• Muchas legislaciones consideran ambientes inapropiados si el O₂ es menor al 19%.
• Una llama o lámpara de seguridad se apaga si el O₂ es menor al 16.25%.
• La sangre no puede absorber totalmente oxígeno cuando el O₂ es menor al 12.5%.
• Se pierde el conocimiento cuando el O₂ es menor al 12%.

Origen de los Gases en Interior Mina

• Gases de estratos
• Gas grisú
• Gases de tronadura (explosivos)
• Equipo de combustión interna
• Fuegos y explosiones
• Baterías (locomotoras): el proceso de recarga genera pequeñas cantidades de hidrógeno.
• Respiración humana

Se recomienda ingresar al frente de trabajo después de 20-30 minutos tras la detonación.

Polvo en Minas

El polvo está presente en todas partes (piso, techo, paredes y aire). El polvo en el aire es una mezcla dispersa conocida como aerosol.

Factores de Permanencia del Polvo en el Aire

• Calibre (tamaño)
• Forma
• Peso específico
• Humedad
• Temperatura
• Velocidad del aire

Características de las Partículas de Polvo

• Las partículas bajo 10 µ son peligrosas (respirables).
• El tamaño promedio en la mina es 0.5-3 µ.
• Las partículas mayores a 10 µ no se mantienen en suspensión por mucho tiempo.
• Las partículas por debajo de 10 µ casi no tienen peso ni inercia, pudiendo permanecer indefinidamente suspendidas.

El control de estas partículas depende exclusivamente de las corrientes de aire.

Enfermedades Causadas por el Polvo

• Silicosis (por sílice libre)
• Asbestosis (por asbestos)
• Silicatosis (por silicatos)
• Siderosis (por fierro o sus minerales)
• Antracosis (por carbón)

Operaciones Mineras Generadoras de Polvo

• Perforación
• Tronadura
• Carguío
• Transporte
• Chancado
• Criba
• Road Header, TBM (Tunnel Boring Machine)
• Tiraje de chimenea
• Minero continuo

Temperatura Interior Mina

A medida que se profundiza, la temperatura de las rocas aumenta.

Estimaciones de la Temperatura a Profundidad

Donde:

• H = Profundidad de la medición
• H₀ = Profundidad zona de temperatura constante
• t = Temperatura a profundidad
• tₘ = Temperatura promedio anual de la región

En Chile, el Reglamento de Seguridad Minera (RSM) acepta una temperatura menor o igual a 30°C para una jornada de 8 horas. Si la temperatura es de 32°C (máxima permitida), la jornada debe reducirse a 6 horas.

Ventiladores

Equipo rotatorio que impulsa aire en forma continua.

Partes del Ventilador

• Impulsor (Hélice)
• Carcasa (fija, ayuda a impulsar o aspirar el aire)

Tipos de Ventiladores Principales

• Centrífugos (grandes y de velocidad lenta)
• Axiales

Tipos de Ventilación

• Ventilación Principal: Se ubica en superficie y es para toda la mina.
• Ventilación Secundaria o de Refuerzo (Booster): Ventiladores intermedios dentro de la mina.
• Ventilación Auxiliar: Ventiladores pequeños que sirven para ventilar labores ciegas en avance.

Tipos de Ventilador Auxiliar

• Impelente (inyecta aire)
• Aspirante (extrae aire)
• Mixta

Ductos de Ventilación

• Tubos de acero (más pesados, ineficientes y más difíciles de instalar y transportar)
• Mangas plásticas (más eficientes, más livianos y más fáciles de instalar)

Sistemas Auxiliares de Ventilación

• Ventiladores de pequeño tamaño (5, 10, 15, 20 HP)
• Ductos de ventilación
• Sistema impelente
• Sistema aspirante
• Sistema mixto

Circuitos de Ventilación

• Circuitos en serie
• Circuitos en paralelo
• Circuitos diagonales

Circuitos en Serie

• Si no existen pérdidas, el caudal (Q) es constante.
• La resistencia aerodinámica total del sistema es igual a la suma de las resistencias parciales.
• La depresión total es igual a la suma de las depresiones parciales.

Circuitos en Paralelo

Ocurre cuando dos o más galerías se bifurcan en un punto y se unen en otro. Es cerrado si los puntos de bifurcación y unión están en el interior de la mina.

Características del Circuito en Paralelo

• Las depresiones (H) de los ramales que la componen son iguales, independientemente de su longitud, resistencia y caudal de aire.

H = H₁ = H₂ = H₃ = Hₙ

• El caudal total (Q) del aire en el sistema de galerías paralelas es igual a la suma de los caudales parciales.

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + … + Qₙ

• La raíz cuadrada del valor recíproco de la resistencia aerodinámica del circuito es igual a la suma de las raíces cuadradas de los valores recíprocos aerodinámicos parciales.

Circuito en Diagonal

Unión en paralelo de galerías, en la que además los ramales están unidos entre sí en una o varias labores complementarias llamadas diagonales.

• Unión en diagonal simple
• Unión en diagonal compleja

Propiedades Básicas de la Unión en Diagonal

• Igualdad de presiones de las corrientes principales entre los puntos de bifurcación y de unión.
• Reversibilidad de la corriente de aire.