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Cuadro metálico deslizante

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Un cuadro metálico deslizante es un tipo de entibación usada en galerías de minas subterráneas y en túneles, constituido por un arco de acero en varios segmentos solapados. Su característica principal es que ante un aumento de la presión ejercida por el terreno sobre él las partes que lo componen deslizan entre sí y mantiene su capacidad portante.

Descripción[editar]

Un cuadro metálico deslizante está formado por tres o más segmentos[a]​ con la misma sección transversal, en forma de canal, conocida como perfil Ω, en V o TH.[1]​ Los segmentos son curvos, total o parcialmente y la curvatura normal es con la concavidad hacia el exterior.

Los segmentos contiguos se solapan dos a dos y encajan un segmento en el otro. En rla zona de solape, con una longitud mínima de 400 mm,[2]​ las piezas se mantienen paralelas y en contacto gracias a un par de abrazaderas atornilladas que se conocen como grapas. Las grapas son de dos tipos: con forma de cajón y del tipo abarcón.

Despiece de cuadro metálico deslizante de 4 piezas, simétrico

Lo más usual es que se compongan de tres o cuatro piezas que cubran hastiales y bóvedas, aunque existen cuadros cerrados completos. Se conocen como trabancas (o cabezales)[3]​ las usadas para la bóveda y como patucos,[4]​ postes,[5]​ pies derechos[6]​ o, simplemente, pies para los hastiales. Las trabancas son piezas curvas y los pies derechos tiene una parte recta, la inferior, y otra curva, que es la que se solapa con la trabanca.

El perfil tiene como característica que sus momentos resistentes en los dos ejes son prácticamente iguales. Se fabrican en tamaños estandarizados que se clasifican según la masa por unidad de longitud. La norma española UNE 36530:1999 establece los tamaños en 16.5, 21, 25, 29, 34, 36, 40, 42 y 44 kg/m. Según De la Cuadra (1974, p. 311) los más usados son los de 21 y 29 kg/m en minería. Según Celada y Bieniawski, en túneles los más usados son entre 25 y 36 kg/m.[7]​

En una galería entibada con cuadros metálicos estos están colocados a una distancia constante entre ellos a lo largo de la misma y perpendiculares a su eje. La separación entre cuadros se consigue con los tresillones,[8]​ que son barras, perfiles o tubos metálicos que, en un número de cuatro o cinco,[9]​ se sujetan a dos cuadros contiguos. Con los tresillones se consigue el arriostramiento del conjunto de los cuadros, de manera que funcione como una estructura, lo que permite aumentar su resistencia a cargas longitudinales (como la onda expansiva de una voladura)[9]​ y que la sobrecarga puntual sobre uno de ellos sea repartida a los adyacentes. En ocasiones se utilizan tresillones de madera (tablas,[10]​ tarranchas o trabanquillas) pero su uso no es apropiado porque solo transmiten esfuerzos a compresión.[9]​

Además, el espacio entre los cuadros y el terreno debe guarnecerse, es decir, debe rellenarse completamente para que la presión se transmita de la forma más uniforme posible del terreno a los cuadros. La falta de uniformidad puede provocar que aparezcan zonas con concentración de esfuerzos (zonas duras) o zonas sin esfuerzo debido a huecos (zonas blandas). En ambos casos, el cuadro podría llegar a deformarse hacia el hueco libre (el interior en las duras y en las blandas hacia el exterior) lo que significaría la pérdida de su capacidad portante. Por último, el espacio entre cuadros puede cubrirse con parrillas o chapas para evitar la caída de rocas.

Por último, si el terreno sobre el que se colocan los postes es suficientemente blando para que estos se hundan en él, deben colocarse sobre bases o soleras (metálicas, de madera, etc) para evitarlo: si la resistencia al hundimiento es inferior a la resistencia al deslizamiento en los solapes, el cuadro se hundirá ante un aumento de presión del terreno y no trabajará apropiadamente.

Historia[editar]

Sus creadores fueron Heinrich Toussaint y Egmont Heintzmann, que en 1932 diseñaron este tipo de arco,[11]​ que también se conoce como perfil TH por las iniciales de su apellidos.

Su primer diseño, basado en la tecnología de construcción subacuática, contaba con dos perfiles diferenciados, uno para el exterior y el otro para el interior, con una pieza de madera entre ambos.[12]​ La unión en los solapes se realizaba mediante barras en U roscadas en los extremos con tuercas. Tras la Segunda Guerra Mundial mejoraron su diseño pasando a un perfil único y eliminando la madera. Así, se comercializaron perfiles nuevos en 1948, 1958 y 1970, conocidos respectivamente como TH48, TH58 y TH70.

Utilización y colocación[editar]

Los cuadros métalicos deslizantes se utilizan como sostenimiento en galerías de minas subterráneas. El nuevo cuadro en el frente de la galería se coloca comenzando por las trabancas, en la parte superior. Se colocan arriostradas a las del último cuadro y cubriendo el hueco entre ambos cuadros.[13]​ De esta manera se asegura el frente contra posible desprendimientos. La colocación de las trabancas se ayuda de una viga o vigueta, conocida como corredera,[14]​ situada en la clave de los dos cuadros anteriores, en la que se apoyan las trabancas hasta las colocación de los pies derechos.

Cada cuadro individual debe colocarse en un plano vertical, aplomado, tanto el cuadro completo como las patas con las trabancas.[15]​ Así mismo, deben guarnecerse el espacio tras el cuadro para que la presión del terreno sea lo más uniforme posible. La falta de uniformidad puede provocar que aparezcan zonas con concentración de esfuerzos o zonas sin esfuerzo debido a huecos, en los que el cuadro tendería a doblarse. Por último, el espacio entre cuadros pueden cubrirse con parrillas o chapas para evitar la caída de fragmentos de rocas.

Comportamiento[editar]

Ante pequeños aumento de la presión del terreno sobre el cuadro, este se comporta elásticamente.[16]​ Hasta que se alcance un límite de resistencia en que se produzca el deslizamiento de las partes. Este límite depende, entre otros factores, del par de apriete de los tornillos de las grapas.[17]​ A partir de este momento, la resistencia a nuevos deslizamientos aumenta ya que la superficie de deslizamiento es mayor y el cuadro aumenta su curvatura (disminuye el radio). Agotada la capacidad de deslizamiento, la resistencia del cuadro depende la calidad del acero.

Notas[editar]

  1. ↑ No obstante, existen cuadros metálicos de únicamente dos piezas. Véase, por ejemplo, el tipo 2-V1 formado por dos piezas

Referencias[editar]

  1. ↑ Morales González-Moro, 2011, p. 63.
  2. ↑ Morales González-Moro, 2011, p. 65.
  3. ↑ Diccionario de la Real Academia de la Ingeniería: cabezal
  4. ↑ Herrero Nogueira, José. Modo de producción, realidad social e identidad en la minería de Laciana, 2001
  5. ↑ Morales González-Moro, 2011, p. 64.
  6. ↑ [1]
  7. ↑ Celada Tamames, Benjamín; Bieniawski von Preinl, Zdzisław Tadeusz Richard (2019). Ground Characterization and Structural Analyses for Tunnel Design (en inglés). p. 331. ISBN 9781351168472. 
  8. ↑ Diccionario de la Real Academia de la Ingeniería: tresillón
  9. ↑ a b c Laboratorio Oficial Madariaga, 2016, p. 83.
  10. ↑ De la Cuadra, 1974, p. 328.
  11. ↑ Kovári, Kalman (2002). «Geschichte derSpritzbetonbau-weise, Teil II - Meilensteine der Entwicklungbis 1960 / History of the Sprayed Concrete Lining Method, Part II - Milestones up to the 1960s». Tunnel (en alemán/inglés). 2/2002: 12. ISSN 0722-6241. 
  12. ↑ Podjadtke, Witthaus y Breedlove, 2008, p. 358-359.
  13. ↑ [2]
  14. ↑ Gutiérrez Peinador, Vicente (noviembre de 2000). «La explotación de una mina». Asturias y la mina. Ediciones Trea. p. 75. ISBN 84-95178-91-5. 
  15. ↑ Laboratorio Ofical Madariaga, 2016, p. 91.
  16. ↑ Rodríguez Díez y Díaz Aguado, 2013, p. 161.
  17. ↑ Instituto Tecnológico y Geominero de España, 1986, p. 190.

Bibliografía[editar]

  • Laboratorio Oficial Madariaga (2016). Ministerio de Industria, Energía y Turismo, ed. Guía sobre control geotécnico en minería subterránea. Madrid. NIPO 070-16-014-8. 
  • Morales González-Moro, Ángel (coord.) (2011). Dirección General de Industria del Gobierno de Canarias, ed. Manual técnico para la ejecución de galerías. Depósito legal TF. 553-2011. 
  • Podjadtke, Rudi; Witthaus, Holger; Breedlove, John (2008). «Development in steel roadway support - a track record». En Department of Mining Engineering, College of Engineering and Mineral Resources, West Virginia University, ed. Proceedings: 27th International Conference on Ground Control in Mining : July 29-31, 2008, Lakeview Scanticon Resort & Conference Center, Morgantown, WV, USA: 358-365. ISBN 9780978938338. 
  • Eilertsen, Nils A. (1962). U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines, ed. Yieldable Steel Arches and Yieldable Steel Ring Supports in Metal Mines. Information circular. Volumen 8056. 
  • Thrush, Paul W. (1968). «Toussaint-Heintzmann arch». En U.S. Bureau of Mines, ed. A dictionary of mining, mineral, and related terms (en inglés). Washington: U.S. Govt. Print. Off. p. 1154. 
  • Rodríguez Díez, Rafael; Díaz Aguado, María Belarmina (2013). «Deduction and use of an analytical expression for the characteristic curve of a support based on yielding steel ribs». Tunnelling and Underground Space Technology (en inglés) (33): 159-170. doi:10.1016/j.tust.2012.07.006. 
  • Instituto Tecnológico y Geominero de España, ed. (1986). «9. Cuadros metálicos». Estudio geomecánico de las galerías en la minería del carbón en el Bierzo Oriental (Madrid): 187-214. 
  • De la Cuadra Irizar, Luis (1974). Curso de Laboreo de Minas. Madrid: Universidad Politécnica de Madrid. ISBN 84-600-6254-6. 
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