Conceptos Clave en Estructuras y Geomecánica Aplicada a Minería
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Conceptos Fundamentales de Estructuras y Geomecánica
El eje neutro o fibra neutra es la superficie 'imaginaria' que separa la parte traccionada de la comprimida en un elemento estructural. Esta puede estar fuera del elemento (o bien 'no existir'), pues un elemento puede estar solo comprimido o solo traccionado; por lo tanto, esta división no existe.
Ejemplo: Una barra vertical sometida a una carga vertical en toda su superficie, de manera que esté totalmente comprimida (si se trata de una carga puntual, esta no debe ser excéntrica).
Dimensionamiento de Marco de Refuerzo en Minería Subterránea
Para un marco de refuerzo de acero en una mina subterránea a 800m de profundidad, se quiere (en etapa de prefactibilidad) dimensionar el perfil de acero a utilizar. Indique un esquema simplificado de esta situación y las cargas a las que - tentativamente - estaría sometido este arco.
Si consideramos un arco de forma parabólica con 3 rótulas en su estructura (sistema isostático), este se vería afectado por una fuerza distribuida vertical y dos fuerzas distribuidas laterales, ya que sostendría el macizo rocoso que se encuentra sobre él. Como estamos en etapa de prefactibilidad, debemos encontrar el perfil adecuado para este diseño, el cual podría ser un perfil Doble T.
Cálculo de Cargas
Las cargas presentes sobre el marco son:
q = ρ · g · h;
q₁ = (ρ · g · h) · k.
Donde:
- ρ: Densidad de la roca (2.5 ton/m³)
- g: Gravedad (9.8 m/s²)
- h: Altura (profundidad) a la cual está el marco.
- k: Condición litostática, factor que depende si es roca o suelo. Para este caso, se utilizará roca y su valor es k = 1.
Por lo tanto, la carga de superficie que se aplicaría en el arco sería de: q = 2.5 ton/m³ * 9.81 m/s² * 800 m → 19600 kPa. Para obtener una carga lineal, se debe multiplicar por la separación en profundidad entre los arcos.
Esfuerzos Principales
El sentido físico de los esfuerzos principales radica en que es el único estado de esfuerzo donde el corte es nulo. No hay esfuerzo de cizallamiento. Los planos principales son perpendiculares entre sí, y en ellos actúan los esfuerzos principales (esfuerzos de compresión o tracción).
Factor de Perturbación D
El Factor de Perturbación D es obtenido del criterio Generalizado de Hoek-Brown. D es un factor que depende sobre todo del grado de alteración al que ha sido sometido el macizo rocoso por los efectos de las tronaduras y/o por la relajación de esfuerzos. Varía desde 0 para macizos rocosos in situ inalterados hasta 1 para macizos rocosos muy alterados. Además, permite estimar los valores de mb y s en el criterio de falla de Hoek-Brown modificado (o generalizado). Este factor también tiene un efecto en el módulo de Young del macizo, de acuerdo al paper.
Esfuerzos Combinados
Es cuando existe la superposición de dos o más esfuerzos al mismo tiempo (esfuerzos axiales, de corte y momentos), por lo que la solicitación de estos esfuerzos simultáneamente es mayor que si se aplicara cada uno por sí solo.
Flexión Biaxial
Ocurre cuando existen momentos o cargas excéntricas respecto a los ejes principales de un elemento estructural, produciendo un momento en cada eje principal, de manera que el elemento no trabaja de manera óptima.
Ejemplo: Carga puntual aplicada en una dirección distinta a la de los ejes principales de una barra y excéntrica respecto a su centro de gravedad.