Metodología de diseño de sistemas de retención de carga en transiciones de flujo vertical

Abstract

Los sistemas de retención de carga (SRC) se emplean en minería para detener el flujo de mineral en piques, silos y stockpiles, con el fin de realizar tareas de mantenimiento aguas abajo de la posición retenida. En general, se estima que existe poco conocimiento para abordar la ingeniería y el diseño de estos importantes componentes de áreas secas de minería. Este proyecto plantea el desarrollo y validación de un método de diseño para los principales componentes de SRC incluyendo: elementos de retención y sistemas de accionamiento. Sus objetivos específicos son: i. Evaluar el estado del arte para estimación de cargas de gravedad en silos, piques y pilas de mineral en orden a generar estimadores de presión y cargas sobre SRC, ii. Validar una metodología de estimación de cargas de gravedad mediante evaluaciones de sistemas existentes en Chile y por medio de un modelo a escala reducida, y iii. Proponer y validar una metodología de diseño de SRC integrando los resultados del modelo de predicción de carga vertical y las recomendaciones AISC 360-05, NCh. 2369 of. 2003 y ACI 313-97. Para desarrollar los objetivos del trabajo se empleó una metodología multidisciplinaria de revisión y ajuste de las teorías para la estimación de carga vertical/horizontal en sistemas de flujo/almacenamiento de mineral; la observación del flujo, la retención y la medición de carga en un SRC ubicado en un yacimiento nacional; y la observación de flujo y de retención de carga en un modelo a escala. Los principales resultados y conclusiones del proyecto muestran que: i. La teoría de Janssen, con parámetros ajustados a cada aplicación, proporciona las mejores estimaciones de presión y de cargas vertical/horizontal aplicables a sistemas de flujo/almacenamiento de mineral utilizados en minería, ii. La observación de flujo y de retención de carga en un modelo a escala muestra el desarrollo de flujo expandido y un ángulo de flujo de unos 30° para todas las combinaciones de extracción de lanzas, iii. Un programa de mediciones experimentales desarrollado en terreno permite efectuar una primera estimación del conjunto de parámetros de ajuste del modelo de Janssen, estableciendo que el cálculo de cargas de servicio debe efectuarse con las siguientes combinaciones: coeficiente de roce acero-roca μ_ar entre 0,4-0,5; coeficiente de roce acero-acero μ_aa entre 0,65-0,75; y ángulo de fricción interna ϕ=35°. Por otro lado, el desarrollo de varios ejemplos prácticos y el diseño de una planilla Excel de soporte para diseño de SRC muestra que el método de cálculo de los principales componentes debe basarse en el método LRFD por sobre el ASD.