Optimización del diámetro de taladros en el sostenimiento de macizos rocosos con pernos de roca y sus efectos ambientales

Abstract

El sostenimiento de macizos rocosos en toda excavación es fundamental, para prevenir y evitar los desprendimientos de rocas que causan accidentes y contaminación. Los elementos de sostenimiento de mayor aplicación actualmente, son los pernos de roca, que se instalan perforando taladros de un determinado diámetro y profundidad. No obstante que, el diámetro de los taladros afecta la capacidad de anclaje de los pernos de roca, es un factor poco estudiado; que requiere optimizar para mejorar su capacidad de anclaje y reducir su consumo, a fin de minimizar entre otros, los consumos de combustibles, aceites, agua y aire utilizados durante su proceso de instalación, consecuentemente reducir la contaminación ambiental. En el presente estudio, se ha establecido una metodología que permite estudiar los pernos de roca en igualdad de condiciones de terreno y parámetros de aplicación; sustituyendo los taladros por tubos de acero y el hastial de pruebas, por una mesa de metal. Mediante pruebas de arranque (pull test), se determinaron sus máximas capacidades de anclaje en función del diámetro de taladros y las longitudes efectivas de anclaje (LEA) y, sus respectivas elongaciones. Asimismo, se analizaron sus acoplamientos en las paredes de los taladros y sus posiciones dentro de los tubos. Establecidos los diámetros y LEAs óptimos, se determinó la reducción del número de pernos por área sostenida, y, conjugando con los estudios realizados sobre la demanda actual de pernos en la minería peruana, tiempos y movimientos, gastos y emisiones, que ocasiona la instalación de pernos, se analizaron los efectos ambientales de la optimización del diámetro de taladros. Los diámetros óptimos de taladros para la instalación de los pernos estudiados, serían: 38 mm (Hydrabolt), 41mm (Swellwex), 32 mm (barras helicoidales) y 37 mm (Split Sets). Las longitudes efectivas de anclaje ideales, serían: 3 pies (Hydrabolt, Swellex y Barras Helicoidales) y 4 pies (Split Sets). Se demuestra que, el acoplamiento y adherencia de los pernos en las paredes de los tubos (taladros) es parcial; en los pernos inflables se generan franjas de aberturas y en las barras helicoidales se ve afectado por los envoltorios de los cartuchos y porosidad del mortero. Al optimizar los diámetros de los taladros, se reducen los consumos y emisiones, tanto para la instalación manual como mecanizado, por citar algunos ejemplos para cada tipo de instalación: combustibles en 14,3 % y 13,6 %, consumo de agua en 14 % y 13,4%, la emisión de aceites en 16,7 % y 13,6 % y la emisión del CO2 en 15,4 % y 13,6 %.