Sostenimiento Pernos de Anclaje

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SOSTENIMIENTO PERNOS DE ANCLAJE

4.1 DEFINICION

Técnica sostenimiento que en esencia, consiste en anclar en el interior de la roca por medio de un taladro una barra de material resistente (fierro corrugado, tubo, cable, etc.) que aporte una resistencia a la tracción, confinando el macizo rocoso, es decir impiden, atenúan o neutralizan el fenómeno de descompresión de la roca en torno a la

excavación, evitando la caída de rocas. Aprovechan las características resistentes propias de la roca facilitando así su sostenimiento.

Los anclajes colaboran a la estabilidad del talud de dos formas:

a) Proporcionando una fuerza contraria al movimiento de la masa deslizante. b) Incrementando las tensiones normales en la superficie de rotura potencial,

aumentando así la resistencia al deslizamiento en dicha superficie. Los sistemas de reforzamiento con pernos de roca minimizan las deformaciones inducidas por el peso muerto de la roca aflojada, así como también aquellas inducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a la excavación. En general, el principio de su funcionamiento es estabilizar los bloques rocosos y/o las deformaciones de la superficie de la excavación, restringiendo los desplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes.

4.2 PRINCIPIOS DE ACCIÓN DE DE LOS PERNOS

En roca masiva o levemente fracturada y en rocas fracturadas, el papel principal de los pernos de roca es el control de la estabilidad de los bloques y cuñas rocosas

potencialmente inestables. Esto es lo que se llama también el “efecto cuña”. Cuando los bloques o cuñas son aislados solo amerita estabilizarlas con pernos

aislados, a esto es lo que se denomina también, sostenimiento aislado o esporádico, de lo contrario lo usual será el sostenimiento sistemático en todo el techo y/o paredes de la excavación, según sea requerido

El efecto cuña

En roca estratificada sub-horizontal y roca no estratificada con un sistema dominante de discontinuidades subo-horizontales, los pernos ayudan a resistir el desplazamiento

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relativo entre los estratos, aumentando la rigidez de la viga estructural que forman y creando ligazón entre los bloques tabulares, para minimizar la deflexión del techo. Esto es lo que se llama también el “efecto viga”.

Este concepto puede ser extendido al caso de paredes paralelas a estratos o

discontinuidades sub-verticales, generando el denominado “efecto columna”, para minimizar el pandeo de los bloques tabulares.

El efecto viga.

El efecto columna.

En roca fracturada e intensamente fracturada y/o débil, los pernos confieren nuevas propiedades a la roca que rodea la excavación. Instalados en forma radial, cada perno crea un bulbo de resistencia, el cual al interactuar con los bulbos de los pernos adyacentes forman un arco rocoso portante que trabaja a compresión denominado “efecto arco”, el mismo que da estabilidad a la excavación.

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Hay otros principios bajo los cuales funcionan los pernos de roca para tratamientos específicos, como coser zonas de falla, zonas de corte y otras zonas de debilidad, instalados cruzando estas zonas.

4.3 VENTAJAS DE SU USO

 Reducen el tiempo de fortificación de la labor.  Reducen los costos de fortificación.

 No disminuyen el área disponible de las labores.  No afectan al flujo del aire circulante.

4.4 CONSEJOS PRÁCTICOS PARA EL USO DE PERNOS DE ANCLAJE 4.4.1 LONGITUD Y ESPACIMIENTO DEL PERNO.

A. Las siguientes reglas empíricas que se utilizaron en la apertura de túneles en las hidroeléctricas Snowy Mountains (Australia), proporcionan un criterio para el diseño del empernado:

 2 Veces mayor que el espaciamiento entre pernos.

 Para túneles con ancho menor de 6 metros, la longitud del perno será la mitad de este ancho.

B. LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTO RESPECTO A LA ZONA ANCLAJE

L= profundidad de las capas (X) +Zona anclaje (Z)

C. LONGITUD DEL ELEMENTO DE SOSTENIMIENTO RESPECTO AL ANCHO DE LA ABERTURA

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L = longitud del perno (m) W= ancho de la abertura (m) D. TAMBIEN SE TIENE LAS FORMULAS

Donde:

L = Longitud del perno en cm;

S = Factor de seguridad comprendida entre 1.5 y 3 T = Tensión de carga de trabajo en kg

Ae = Adherencia específica en kg/cm2 d = Diámetro del taladro en cm.

Donde:

n = Densidad o número de pernos por metro cuadrado S = Factor de seguridad

L = Longitud de la barra; m

P = Peso volumétrico de la roca; kg/m3

fs = Capacidad de carga de la barra a la tensión de rotura; kg/cm2 A = Sección de la barra; cm2

Ejemplo:

Se desea conocer el número de pernos por metro cuadrado, considerando los siguientes factores:

- Longitud de los pernos 2.5 m. - Diámetro del perno 1 pulgada.

- Peso volumétrico de la roca fracturada 2.3 Ton/m3. - Factor de seguridad 2.

- Capacidad de carga de la barra 5,800 kg/cm2. Solución:

A = 3.1416 * 1.272 = 5.06 cm2

n = 1/((2 * 2.5 * 2,300)/(5,800 * 5.06)) = 2.5 m2 * Es decir, 1 perno por cada 2.50 metros cuadrados. E. ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS

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1.5 terreno regular 2.0 terreno malo L = longitud del perno,

E = espaciamiento de los pernos

- La mitad de la longitud del perno 1.5 veces el ancho de bloques potencialmente inestables. Cuando se emplea mallas, un espaciamiento mínimo de 2 metros.

4.4.2 RECOMENDACIONES: A. Desatado de Roca

Es importante, para que la placa haga buen contacto y se logre una óptima instalación.

B. Limpiezas del Taladro

Se debe sopletear los taladros para garantizar buen contacto con la roca además de facilitar la instalación.

C. Instalación Oportuna

No podemos esperar que el macizo rocoso llegue a un punto de próximo colapso, porque luego será más difícil y peligroso controlarlo, debemos acostumbrarnos a colocar sostenimiento preventivo, especialmente en zonas con labores colindantes de constante excavación, en cruces, tajeos, etc. D. Ángulo de instalación

Este debe tener con la superficie de la roca 90 grados con un máximo de inclinación de 10 grados de la vertical y la platina debe colocarse

completamente sobre la superficie de la roca.

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4.5 TIPOS DE PERNOS DE ROCA:

Actualmente hay disponibles en el mercado diferentes tipos de pernos de roca. Varios tipos de pernos muestran solo diferencias menores en su diseño y son básicamente variedades de un mismo concepto. Existen distintas formas de clasificarlos pero el más

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común es según la técnica de anclaje que utilizan. Este método los divide en dos grupos:

El primer grupo, los pernos resisten las cargas de tensionamiento por fuerzas friccionantes al contacto entre la roca y el perno.

En el segundo grupo, resisten los esfuerzos de tensión por pegado del perno a las paredes del taladro con el cemento o resina utilizada.

También se pueden clasificar según su vida útil en: Anclajes provisionales o

temporales (vida útil menor de dos años) y anclajes permanentes (tiempo de servicio es superior a los dos años)

4.6 PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN:

En la instalación de los pernos de roca se realizan 3 operaciones: 4.4.3 PERFORACIÓN DEL TALADRO

Para la perforación se puede usar Jack leg, Stoper, Jumbo, apernadores mecánicos, etc.

Para un perno de 1” de diámetro, el taladro más conveniente debería tener 1¼” en el tope del taladro (fondo); debido a la abrasividad de la roca, el inserto y el diámetro del barreno integral pierde sus dimensiones; además que los diámetros de un juego de barrenos son diferentes en función a su longitud

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carburo de tungsteno, el diámetro de los taladros perforados son uniformes casi en toda su longitud.

La longitud del taladro debe ser aproximadamente 2 pulgadas menor que la longitud del perno de modo que una porción de la rosca se proyecte afuera, se pueda colocar la arandela y tuerca (mitad de la parte roscada debe quedar fuera del taladro).

4.4.4 INTRODUCCIÓN Y PERCUSIÓN DEL PERNO Fig. 2

Se coloca en el perno la arandela y se introduce manual o mecánicamente el perno en el taladro (con la perforadora o con comba).

En caso de martillar con la perforadora, se emplea un adaptador a fin de que sólo se transmite la percusión; esta percusión se efectúa con la válvula totalmente abierta, hasta que se detenga la inserción.

4.4.5 AJUSTE DE LA TUERCA

Terminado el martilleo se retira el adaptador y se atornilla manualmente la tuerca. Las tuercas pueden ser cuadradas o hexagonales (las hexagonales son más resistentes)

Con el ajuste de la tuerca se obtienen 2 resultados: 1.- Fijar a la roca el extremo exterior del perno.

2.- Tensar la barra entre la tuerca y la porción anclada; esta tensión causa una compresión en la roca cuyo efecto es el autosostenimiento, principio que induce los pernos de anclajes en la masa rocosa. Para ajustar la tuerca a un torque determinado se pueden emplear 3 máquinas diferentes:

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B. Máquinas de torsión neumática o hidráulica.

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Con una presión de aire comprimido de 85 psi se puede producir un torque de 300 pie-lbs. Requiere el uso de adaptadores.

Como todas las perforadoras tienen rotación en sentido contrario a las agujas del reloj, los pernos deber tener rosca a la izquierda.

Cuando se aplica tensión a un perno (barra) de roca, se debe tener en mente que la tensión inicial más la carga que se presente posteriormente no deben pasar el límite elástico del acero.

El límite elástico de un perno de 1"de diámetro es de 29,000 lbs, pero debido a calidades y variaciones en el diámetro real de la barra (rosca cortada, forjada), puede ser tan baja como 20,000 lbs. Si los pernos son tensionados a 10,000 lbs, quedarían otras 10,000 lbs de margen para resistir una

sobrecarga posterior. En la práctica son tensionados de 8,000 a 14,000 lbs. La tensión que se aplica a un perno se puede calcular aproximadamente del torque que se aplica a la tuerca; la relación torque-tensión está dada por:

Tn = (Tr * 12)/(K * D); lbs Donde:

Tn = tensión en la barra; lbs

Tr = torque aplicado a la tuerca; pie - lbs

K = factor de fricción que depende del estado de la rosca y de la fricción tuerca - arandela, varía entre 0.3 y 0.6

D = Diámetro de la barra, lbs.

Ejemplo: Hallar la tensión en la barra si se aplica un torque de 290 pie-lbs; el

factor de fricción es 0.35 y el diámetro de la barra es 1". Solución = Tn = (290 * 12)/(0.35 * 1) = 9,943 lbs

En la práctica el valor de K varía tan extensamente que hace a la fórmula inaplicable.

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El Bureau Of Mines de EE UU ha desarrollado una fórmula empírica que da una relación más real de la relación Tensión-torque:

Tn = (42.5 x Tr) - 1000

Ejemplo: Con los datos anteriores: Tn = (42.5 x 290) - 1000 = 11,325

lbs

4.7 FACTORES DE SOSTENIMIENTO

La capacidad de un perno de roca para mantenerse firmemente anclado y sostener cargas aplicadas en él depende de diferentes factores como son:

a) Diámetro de la barra.- Normalmente se usan barras de 1" diámetro; el acero resiste cargas a la tensión hasta de 29,000 lbs.

Diámetros menores no se recomiendan en la fabricación pues la ranura (para tipo cuña) debilitaría seriamente su resistencia al horquillamiento; de igual modo, no sería lo suficientemente rígido para transmitir sin pandeo la percusión usada para el anclaje. Barras de mayor diámetro serían innecesarias porque normalmente la falla en el ancla ocurre con cargas que están por debajo del límite el estático de una barra de 1" de diámetro ( menor de 29,000 lbs). El diámetro ideal es uno que de a la barra una resistencia a la tensión igual a la fuerza de anclaje.

b) Tipo de roca.- Cuando se ancla un perno de roca convencional en roca plástica (filita, lutita, sulfuros, etc.) la roca se deforma en el taladro hasta que el perno llega a su límite de expansión y no se consigue anclar el perno, al no existir compresión roca-perno.

c) Cargas repetidas.- Los pernos de roca reciben cargas dinámicas causadas principalmente por las ondas provenientes de las explosiones; generalmente estas cargas se repiten casi a diario, durante por lo menos la vida del perno de roca. En un perno convencional, si una de estas cargas excede a la resistencia al anclaje, el perno perderá la tensión inicial, dejando de trabajar.

Ocasionalmente se debe volver a aplicar la fuerza de torsión para un reajuste, de modo que los pernos trabajen normalmente.

4.8 SISTEMAS DE ANCLAJE

4.8.1 PERNOS DE ANCLAJE MECÁNICO A. Descripción

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Consiste en una varilla de acero usualmente de 5/8", 3/4" y 7/8" de diámetro, dotado en su extremo de un anclaje mecánico de expansión, llamado mariposa o casquillo expansivo o nuez de expansión, la cual va al fondo del taladro. Su extremo opuesto puede ser de cabeza forjada o con rosca, en donde va una placa de base que es plana o cóncava y una tuerca, para presionar la roca.

Al ser tensionado el perno, expande el casquillo (o coraza) cuya superficie

exterior es dentada. Este casquillo se soporta en un anillo presionándose sobre las paredes del barreno.

Siempre y cuando la varilla no tenga cabeza forjada, se pueden usar varios tipos de placas de acuerdo a las necesidades de instalación requeridas.

Este tipo de soporte produce una tensión de aproximadamente 3.5 Tn y tiene una resistencia en tracción (ROTURA) máxima de 12,5 Tn. Mediante rotación, se aplica un torque de 135 a 340 MN (100 a 250 lb/pie) a la cabeza del perno, el cual acumula tensión en el perno, creando la interacción en la roca.

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Ajuste de las conchas de expansión

Su uso es limitado a rocas moderadamente duras a duras, masivas, con bloques o estratificadas, sin presencia de agua. En rocas muy duras, fracturadas y débiles no son recomendables, debido a que el anclaje podría deslizarse bajo la acción de las cargas. En rocas sometidas a altos esfuerzos tampoco es recomendable. B. Ventajas

- Relativamente barato.

- Su acción de reforzamiento de la roca es inmediata después de su instalación.

- Tiene una alta deformación

- En rocas medianamente duras llega a soportar grandes cargas. C. Desventajas

- Su limitación principal es la pérdida de carga que se produce al poco tiempo de su colocación debido sobre todo al efecto de las vibraciones de la voladura o el astillamiento de la roca detrás de la placa, debido a altas fuerzas de contacto, por lo que no es recomendable utilizarlos en terrenos cercanos al frente de disparo.

- La baja fuerza axial que puede soportar.

-Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal. Si son utilizados para reforzamiento permanente, éstos deben ser protegidos de la corrosión si hay presencia de agua y deben ser post-cementados con pasta de cemento entre la varilla y la pared del taladro.

D. Procedimientos de instalación

Primero el equipo técnico de apoyo de mina debe determinar el patrón

adecuado de los pernos, a continuación se perforan los taladros cerciorándose que no exista ningún elemento extraño en el taladro especialmente en el tope donde la mariposa expansiva hará contacto, si se perfora y se fractura la roca donde hará contacto la placa del perno, desatar emparejando el terreno para obtener un buen contacto. Quitar el plástico que sujeta las aletas de la

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taladros, se fijan los anclajes y luego las placas de base son ajustadas mecánicamente, estas deben de estar en total contacto con la roca.

La resistencia de los pernos, su longitud, la colocación de los anclajes, así como también el contacto de la placa base con la superficie rocosa, son todos críticos para crear la interacción de la roca. El tensionamiento de los pernos de anclaje mecánico es un aspecto importante, para ello se puede usar una llave de impacto o una perforadora. A medida que gira la tuerca, se fija el anclaje y la tuerca comienza a empujar al perno contra la superficie de la roca. Como la tuerca empuja sobre la placa, ésta a su vez presiona contra la roca,

tensionando la varilla.

El perno instalado va a retener esta tensión, haciendo que la placa del perno presione activamente contra las piezas de roca en la superficie de la

excavación; las piezas de roca en la superficie interactúan con otras piezas creando zonas de interacción. Es esta interacción la que hace que las piezas de roca actúen como piezas o bloques más grandes de roca, dando lugar a la creación de una masa rocosa estable, la misma que interactúa alrededor de la excavación. Si la varilla perdiera tensión, los pernos de anclaje se volverían ineficaces. En áreas donde hay oportunidad que caigan piezas pequeñas de roca, el enmallado debe ser considerado como un elemento.

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4.8.2 SPLIT SETS A. Descripción

También llamado Tubo estabilizador de roca por fricción, Tubo ranurado de fricción. Trabajan por fricción (resistencia al deslizamiento) a lo largo de toda la longitud del taladro. Fue inventado y patentado por INGERSOLL RAND de EE. UU.

Consiste de un tubo de acero de alta resistencia ranurado, a lo largo de su longitud, uno de los extremos (tope del taladro) tiene un adelgazamiento cónico ahusado para facilitar su introducción en el taladro y el otro lleva un anillo soldado cuya finalidad es sujetar la placa o arandela de presión contra la roca.

Una vez introducido a presión dentro de un taladro de menor diámetro, el tubo se deforma plásticamente dentro del taladro, sirviendo éste de molde para dar la configuración final del ancla, resultando de lo anterior un íntimo contacto entre el ancla y las paredes del terreno por la presión radial del ancla, considerándose que esta presión radial es una fuente de resistencia por fricción contra los movimientos de la roca.

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El diámetro de los tubos ranurados varía de 35 a 46 mm, con longitudes de 5 a 12 pies. Pueden alcanzar valores de anclaje de 1 a 1.5 toneladas por pie de longitud del perno, dependiendo principalmente del diámetro de la perforación efectuada, la longitud de la zona del anclaje y el tipo de la roca.

Los Split sets son utilizados mayormente para reforzamiento temporal, usualmente conformando sistemas combinados de refuerzo en terrenos de calidad regular a mala. En roca intensamente fracturada (panizada) y débil (blanda) no es recomendable su uso.

El diámetro del taladro es crucial para su eficacia, el diámetro recomendado para los split sets de 39 mm es de 35 a 38 mm, con diámetros más grandes se corre el riesgo de un anclaje deficiente y con diámetros más pequeños es muy difícil introducirlos.

La efectividad de anclaje es:

- 4.80 ton/metro para taladros de 25 mm. - 7.87 ton/metro para taladros de 35 mm. - 2.63 ton/metro para taladros de 38 mm.

Estas pruebas de extracción de los tubos se efectúan con gatos hidráulicos, bombas, manómetros, medidores de deformación (STRAING - GAGE), etc. Pruebas efectuadas arrojaron que un perforista y su ayudante pueden perforar e instalar de 25 a 30 anclas de 6 pies por guardia. Las pruebas de extracción indicaron que la fuerza del anclaje es mayor en el fondo del taladro y menor en el collar del mismo.

Se puede combinar con malla electrosoldada o entrelazada tipo gallinero y/o Shotcrete.

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B. VENTAJAS

 consiguen un cierto efecto de puesta en carga inmediato y permiten un deslizamiento muy importante antes de la rotura.

 En condiciones de esfuerzos horizontales elevados, éstos tienden a cerrar el taladro ayudando a incrementar la presión radial y la resistencia por

fricción.

 A medida que pasa el tiempo, la oxidación que se forma sobre la superficie del tubo cubre las asperezas del taladro proporcionando un trabamiento adicional.

 Movimientos o acomodamientos entre los estratos deforman al tubo, y éste tiende a trabarse y acuñarse en dichos estratos.

 En caso de presentarse concentraciones elevadas de esfuerzos de tensión y cortante, el tubo se desplaza fracciones de centímetro liberando las

presiones a que está sujeta, volviendo a asirse sin perder sus propiedades de soporte.

 Presencia de fallas y fracturas ( A más fracturada = más resistencia)

C. DESVENTAJAS

 Escasa capacidad de anclaje, que en el mejor de los casos no sobrepasa las 11 Tn por bulón y los problemas que plantea su durabilidad.

 La gran sensibilidad del anclaje al diámetro de perforación (más diámetro = menos resistencia).

 Son susceptibles a la corrosión en presencia de agua, a menos que sean galvanizados. (agua dentro de la perforación = menos resistencia).  Tipo y calidad de la roca (roca más dura = menos resistencia).  En mayores longitudes de Split sets, puede ser dificultosa la correcta

instalación.

 Split sets son relativamente costosos.

D. PROCEDIMIENTOS DE INSTALACIÓN

Su instalación es simple, solo se requiere una máquina jackleg o stoper, un jumbo o apernadores de roca mecanizados.

Una vez definido el patrón de los pernos, se perforan los taladros,

verificándose que sean un poco más largos que los pernos. Luego, se hace pasar la placa a través del tubo ranurado y se coloca el extremo del tubo en la entrada del taladro. Se saca el barreno de la perforadora y se coloca el

adaptador o culatín, acoplándose éste al otro extremo del tubo. Se acciona la perforadora la cual empuja el tubo hasta pegar la platina contra la roca.

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No se puede tensar. Tampoco se inyecta hormigón. El diámetro del taladro es preponderante y la mayoría de los fracasos se debe a los tubos que quedan demasiado pequeños o amplios.

E. TIPOS DE SPLIT SET  SPLIT SET ESTÁNDAR

Se trata del clásico Split Set, aunque puede existir algunos modelos diferentes según el material con el que se construyan: Chapa de acero

norma; galvanizada, etc.  SPLIT SET CEMENTADO

Se basa en el principio de los pernos mecánicos o de carga puntual cuyo trabajo se realiza en el extremo del perno donde se ubica el anclaje.

En el extremo se sitúa un cartucho de cemento. La acción del Split Set generará un refuerzo longitudinal inmediato del macizo rocoso.

Con la fragua de los cartuchos de cemento, ayudará a consolidar su resistencia total hasta 5 veces más que un Split set estándar.

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F. ACCESORIOS

 PLACAS DE APOYO Existen Dos modelos básicamente: Placa Plana Placa en cúpula: Aplican una fuerza

más distante del perímetro de la

perforación y previenen la pérdida de la tensión en los pernos.

Además de la clasificación previa, debemos añadir que si el terreno donde se va a colocar el bulón es irregular podremos disponer de placas de asiento esférico o biselado

 ADAPTADORES

 PROBADOR HIDRÁULICO

Todos los fabricantes recomiendan las pruebas de arranque en situ para verificar la resistencia de los elementos para el sostenimiento de terrenos. Con estos dispositivos se puede verificar la resistencia de los pernos en diferentes tipos de terreno y hacer comparaciones de los elementos, así como de su disposición.

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4.8.3 SWELLEX A. Descripción

To swel: abultar, aumentar, hincharse, engrosarse. Sistema de empernado desarrollado por Atlas Copco. En 1982 salió como producto al mercado. También es un perno de anclaje por fricción, pero en este caso la resistencia friccional al deslizamiento se combina con el ajuste, es decir, el mecanismo de anclaje es por fricción y por ajuste mecánico, el cual funciona como un

anclaje mecánico repartido.

B. FORMA DE TRABAJO

El Sistema Swellex consiste en unos bulones de acero tubular, que han sido plegados hacia dentro en toda su longitud con el fin de reducir su diámetro, un brazo de instalación y una bomba de inyección de agua (neumática, hidráulica o eléctrica) de alta presión.

De esta forma y una vez expandido el bulón, se genera una tensión de contacto entre el bulón y la pared del taladro, actuando dos tipos de fuerzas diferentes una presión o fuerza radial perpendicular a su eje en toda su longitud y una fuerza de rozamiento estático o fricción también en toda su longitud (esta fuerza depende del tipo y estructura de la roca y de la dimensión del taladro).

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Los bulones se colocan en taladros que tiene un diámetro superior al bulon. No se requiere ninguna fuerza de empuje durante su inserción, Una vez introducida, la varilla es activada por inyección de agua a alta presión (30 MPa) para provocar la expansión del metal con ayuda de una bomba portátil. Al inflarse éste se adapta perfectamente a las paredes del taladro. La construcción de la bocina es tal que la presión del agua actúa solo sobre la porción cilíndrica del perno, evitándose el riesgo de que la bocina salga disparada violentamente durante la instalación.

La bomba de inflado se para automáticamente cuando se alcanza la presión predeterminada, normalmente a 300 bares, Esta, no obstante, puede ser inferior a la estándar con el fin de reducir la resistencia a la flexión permitiendo la acomodación del bulón al producirse desplazamientos considerables en la roca. Este factor confiere una gran flexibilidad al método al poder adaptarse a una gran variedad de condiciones del terreno. Una vez lograda la expansión (aproximadamente toma 1/2 minuto) cesa la presión del agua, se desconecta la bomba y el perno queda instalado y trabajando, el agua utilizada para el inflado del Swellex es expulsada por el orificio del casquillo inferior.

La bomba es accionado normalmente por aire comprimido y provee de 150 a 300 bar de presión con un gasto de agua de 6 lt/min. También existen

versiones eléctricas e hidráulicas de la bomba. C. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA SWELLEX

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 CAPACIDAD

La resistencia a tracción de los Swellex oscila entre 100 y 300 kN por metro lineal de bulón que dependerá del tipo de roca, de las características del taladro y del tipo de bulón.

Cuando los bulones Swellex se instalan en roca muy figurada, las tensiones radiales incrementan las fuerzas de contacto entre los bloques de roca que rodean al bulón, provocando un incremento en la resistencia de la masa rocosa. En terrenos plastificados, los Swellex proporcionan una consolidación inmediata alrededor del mismo, produciendo un aumento en la resistencia del material, y una mejor capacidad de sostenimiento del terreno. Al producirse la compactación del terreno, los bulones conforman un arco portante y en conjunto constituyen una bóveda de sostenimiento.

El efecto sostenimiento del bulón depende tanto de la tensión de contacto como de las propiedades fricciónales de la pared del taladro.

Debido al proceso de hinchado, la longitud del bulón se reduce ligeramente por contracción lo que provocará un empuje de la placa de reparto inferior contra la roca, con una tensión axial de 20 kN.

 INSTALACIÓN

La instalación es muy simple y cómoda y no depende de la habilidad o criterio del operario. En ella sólo se utiliza agua, con lo que no se produce contaminación con productos químicos nocivos.

 TIEMPO DE INSTALACIÓN

Presentan una gran rapidez en su instalación, pueden colocarse más de 50 bulones por hora, en taladros ya perforados. Lo que permite acortar tiempo en el bulonaje, mejorando el rendimiento o ritmo de producción.  SEGURIDAD

La rapidez de montaje y el hecho de que estos bulones trabajan al instante de ser colocados (el efecto de sostenimiento se consigue de forma inmediata), favorece la seguridad de los operarios.

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Por otro lado, el operario no tiene que estar debajo del bulón cuando debe instalar bulones verticales, ya que para ellos dispone de un brazo de instalación de los Swellex, que le permite situarse en una zona segura.  FLEXIBILIDAD DE USO

Dada la flexibilidad de estos bulones, pueden instalarse bulones de mayor longitud que la altura de la galería o túnel, incluso con una altura tres veces inferior a la longitud del bulón.

Otra característica de los bulones Swellex es que cuando se requiere realizar un túnel piloto o en cualquier caso, si se requiere arrancar los bulones con una tuneladora o una rozadora, el cabezal perforador corta sin dificultad los bulones, sin ocasionar apenas daños a los útiles de corte

D. APLICACIONES SEGÚN TIPO DE TERRENO

Los bulones Swellex tienen un amplio rango de aplicación en los diferentes tipos de roca.

Pueden utilizarse tanto en roca dura como en roca blanda o fisurada. Cuando los bulones Swellex se instalan en roca muy fisurada las tensiones radiales incrementan las fuerzas de contacto entre los bloques de roca que rodean al bulón, provocando un incremento en la resistencia de la masa rocosa. En terrenos plastificados.

Rango de materiales en los que se pueden usar Swellex

E. VENTAJAS DE UTILIZARLOS

 Seguridad, ya que de forma inmediata conseguimos el efecto de sostenimiento.

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 Instalación simple y cómoda.  Protección del medio ambiente.

 Insensibles a las vibraciones de las voladuras.

 Control de la calidad del anclaje muy fácil, mediante un ensayo no destructivo.

F. INCONVENIENTES DE UTILIZACIÓN

 Costo sensiblemente superior a los demás pernos, es su mayor inconveniente.

 Requiere una bomba de instalación.

 Protección de corrosión requerida para la instalación a largo plazo. G. CICLO DE INSTALACIÓN Ó MONTAJE

La instalación de los bulones Swellex puede ser: Manual, Semimanual y Totalmente mecanizada.

1. Primero se ha de perforar el taladro en donde ira colocado el bulón. La gama de Swellex se basa en varios tamaños de agujero o taladro. Swellex estándar se utiliza conjuntamente con los agujeros perforados a partir de 32 a 39 milímetros en diámetro mientras que Midi y Super entrarían en diámetros de 43-52 milímetros.

2. Una vez se ha perforado el taladro, el bulón se introduce en la boquilla o mandril del brazo de instalación por el casquillo de inflado.

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Operario introduciendo el bulón en la boquilla

3. el bulón es insertado en el taladro hasta que la placa de reparto haga contacto con la roca.

4. La bomba inyecta agua a alta presión cuando el operario aprieta el gatillo del brazo. El tiempo de inflado de un Swellex es de unos 15 segundos por metro de bulón.

El ciclo de instalación que hemos descrito se puede realizar gracias al diseño de este tipo de bulones, que por ejemplo:

▫ El casquillo inferior presenta un orificio para permitir la inyección de agua a alta presión durante la instalación, que hace expandirlo dentro del taladro acomodándose a la forma de sus paredes.

Casquillo de un bulón Swellex

Una vez introducido el bulón en el taladro, se bombea agua a presión, a 30 Mpa, en su interior a través del orificio del casquillo inferior. El bulón

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Swellex se comprime contra las paredes del taladro, acortándose longitudinalmente y adaptándose a las irregularidades del terreno.

Inflado de un bulón Swellex

La función de estos bulones puede controlarse en cualquier momento mediante una prueba no destructiva, que permite realizar cuando se requiera un control del sostenimiento. La prueba se realiza en menos de un minuto, conectando la misma bomba utilizada para la instalación y presurizando hasta que se alcanza la presión original de instalación del bulón, lo cual confirma que el bulón está intacto.

H. TIPOS DE SWELLEX

 Swellex Manganese line: Mn 12, Mn 16, Mn 24 Para túneles, galerías de mina, y taludes

Swellex Mn 24 Rocbolt

 Connectable Swellex Manganese line: Mn 24 C Como sustituto del cable en minería

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 Hanger Swellex Manganese: Mn 24 H

Para ser utilizados como soporte de tuberías ventilación, cableado, etc

 Plasticoated Swellex Para ambientes corrosivos.

 Swellex Premium line: Pm 12, Pm 16, Pm 24

Cuando los esfuerzos del macizo son estables y se requiere una alta rigidez.

I. ACCESORIOS NECESARIOS PARA SISTEMA SWELLEX  Placa de reparto

La placa está diseñada para distribuir la tensión que soporta el bulón en la superficie de la roca.

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Su parte central abovedada, permite cierta flexibilidad para bulones no colocados perpendicularmente al hastial, sino con cierta inclinación, como se refleja en la figura.

 ARANDELAS PARA TELA METÁLICA

Permiten la colocación de telas metálicas en bulones Swellex ya instalados. Su capacidad de carga es de 12 kN. Existen dos tipos: cuadradas (150 x 150 mm) tanto para Estándar Swellex como para Super Swellex y circulares de 100 mm de diámetro, para Estándar Swellex.

También se puede instalar fácilmente y en cualquier momento la tela metálica a partir de bulones previamente instalados. La tela metálica

quedaría sujeta por las arandelas que se colocan a presión sobre el casquillo inferior del bulón sin tener que realizar taladros adicionales.

 BOMBAS SWELLEX

Son bombas cuya misión es elevar la presión del agua de alimentación. Son móviles. La bomba se conecta al sistema de aire y agua existente en el túnel o la mina. También puede utilizarse un tanque de reserva.

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Existen tres tipos de bombas Swellex: 1. Bomba eléctrica ESP-A51 MKII 2. Bomba neumática PSP-300 3. Bomba neumática PSP HF 300

Comparación entre los tres tipos de bombas según el tiempo de instalación

Expansión de Swellex Mn12

4.8.4 PERNOS DE VARILLA CEMENTADOS O CON RESINA A. DESCRIPCIÓN

Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo biselado, que es confinado dentro del taladro por medio de cemento (en cartuchos o inyectados), resina (en cartuchos) o resina y cemento. El anclaje entre la varilla y la roca es proporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, por tres mecanismos: adhesión química, fricción y fijación, siendo los dos últimos mecanismos los de mayor importancia, puesto que la eficacia de estos pernos está en función de la adherencia entre el fierro y la roca proporcionada por el

cementante, que a su vez cumple una función de protección contra la corrosión, aumentando la vida útil del perno.

De acuerdo a esta función, en presencia de agua, particularmente en agua ácida, el agente cementante recomendado será la resina, en condiciones de ausencia de agua será el cemento.

B. BARRA HELICOIDAL VS. BARRA CORRUGADA

Dentro de este tipo de pernos, los de mayor utilización en el país son: la varilla de fierro corrugado, generalmente de 20 mm de diámetro y la barra helicoidal de 22 mm de diámetro, con longitudes variables (de 5' a 12'). La primera es ya un tipo de perno convencional en nuestro medio, la segunda es de reciente

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rosca continua a lo largo de toda su longitud, esta característica le da múltiples ventajas comparada a la anterior.

Entre otros:

Su mayor diámetro le confiere mayor resistencia y su rosca constante permite el reajuste de la placa contra la pared rocosa. La capacidad de anclaje de las varillas de fierro corrugado es del orden de 12 TM, mientras que de las barras

helicoidales superan las 18 TM.

El sistema Barra Helicoidal es muy fácil de instalar.

Gracias al hilo contínuo de la barra, ésta puede cortarse en el terreno a la longitud deseada sin tener que preparar una provisión de barras de cada longitud a usar, lo cual reduce el manejo de stocks.

El hilo de paso amplio permite una colocación muy rápida de la tuerca. Es fácil de limpiar y no se daña durante el transporte.

Se adapta a las irregularidades de la superficie.

La placa base de forma curva y con perforación central cónica, junto con la tuerca de base esférica, pueden adaptarse a las irregularidades de la superficie rocosa actuando como rótula. Al tener la placa de sujeción un domo semiesférico y una rondana de la tuerca también semiesférica, se logra una junta universal en la que la placa siempre quedará ajustada a la roca, sin importar el ángulo de inclinación del perno de anclaje con respecto a la roca expuesta.

Mejor adherencia. La adherencia con el cemento, cembolt o con la resina es mucho mayor con la Barra Helicoidal que con la Barra Corrugada, logrando anclas de muy alta resistencia en rocas de mala calidad.

C. ANCLAJES A BASE DE RESINA.

Fabricados a base de resina de poliéster armada con fibra de vidrio, embebida en un material inerte granular. Para que la resina inicie su fraguado es necesario ponerla en contacto con un catalizador que está incluido en el mismo cartucho que la resina, pero en un compartimiento separado (o en cartucho independiente). Este sistema consiste en introducir unos cartuchos de plástico de unos 25 mm de diámetro y 200 mm de longitud que contienen resina líquida y un catalizador que solidifica la mezcla cuando se pone en contacto con la resina. Los tiempos de fraguado están comprendidos entre 1 y 5 min hasta unos 90 min., dependiendo de los reactivos empleados. Como también de la temperatura Así, para una resina de fraguado rápido, éste se consigue en unos 4 min. a una temperatura de -5 ºC, mientras que para una temperatura de 35 ºC, el fraguado se produce en unos 25 seg. Es eficaz en la mayor parte de las rocas.

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Probablemente el aspecto más crítico para conseguir un buen anclaje con cartuchos de resina está constituido por la diferencia entre los diámetros del perno y los del taladro en el que se va a colocar. Dicha tolerancia debe ser inferior a 10 mm, de lo contrario, muy probablemente, la calidad del anclaje no será buena ya que se dificultará notablemente la mezcla de la resina con el catalizador.

Para que se realice el proceso de fraguado hay que introducir los cartuchos de resina en el taladro en el que se va a anclar el perno. Luego se introduce el perno mediante movimientos de rotación y avance; al llegar al tope del taladro, debe mantenerse la rotación para asegurar la buena mezcla de la resina y el

catalizador, hasta que aparezca el mortero por la boca del taladro.

La instalación correcta requiere una mano de obra experta y una supervisión cuidadosa.

Existe también una limitación con respecto a la longitud de las barra, para los anclajes de resina, no pudiendo ser mayores de 12 m porque la mayoría de las perforadoras no pueden hacer rotar barras más largas con una velocidad suficiente para conseguir una mezcla óptima de resina y catalizador. D. ANCLAJES A BASE DE CEMENTO

Es el método más usual de anclaje para un largo período de vida porque los materiales son baratos y la instalación es muy sencilla. Puede emplearse para una gran variedad de suelos y rocas, además de proveer una protección adecuada contra la corrosión. La mezcla de cemento está compuesta normalmente por cemento estable y agua con una relación agua-cemento comprendida entre 0,4 y

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0,45. Esta relación produce un mortero que puede ser bombeado en pequeños diámetros y obtener a la vez una alta resistencia.

Se trata de cartuchos de plástico de unos 25 mm de diámetro y 200 mm. de longitud que contienen mortero de cemento. Los cartuchos de cemento dan una mayor capacidad de tracción ya que los de resina tendrán una capacidad máxima de 400 kN.

El anclaje mediante mortero de cemento es más seguro que el que se consigue con cartuchos de resina, ya que una vez sumergidos los cartuchos de cemento en agua, el proceso de hidratación no depende del método operativo.

Se introducen en el taladro un cartucho hidratante y luego el cartucho de cemento como agente adherente, al que se añaden aditivos para facilitar el proceso de hidratación; luego se introduce la barra mediante percusión.

La adherencia que se consigue está comprendida entre 0.5 y 3 MPa. El Tiempo de fraguado es de varias horas. Una variedad es:

Perfobolt (Fig. 7)

Inventado en Escandinavia, ancla varillas de acero en taladros que han sido cargados de concreto en medios tubos perforados y amarrados. El mortero se exprime a presión cuando la varilla o perno se introduce por el centro del tubo E. CONSIDERACIONES IMPORTANTES PARA SU UTILIZACIÓN:

Los pernos de varilla cementados o con resina son generalmente usados como refuerzo permanente, pero también pueden ser utilizados como refuerzo temporal en varias condiciones de roca, desde rocas de buena a mala calidad, constituye el mejor sistema para rocas de muy mala calidad y también para rocas en ambientes de altos esfuerzos. En presencia de discontinuidades abiertas y/o vacías, no es recomendable su uso a menos que la inyección de la pasta de cemento pueda ser chequeada.

Cuando se usa cemento (en cartuchos o inyectado), se requiere varios días de curado antes que el perno trabaje a carga completa, pero apropiadamente instalados son competentes y durables, con alta resistencia en condiciones de roca dura. Estos pernos tienen larga vida útil y constituyen el sistema más versátil de pernos de roca. El uso de varillas con cemento inyectado es

frecuentemente el sistema de sostenimiento más barato, pero no se debe usar en taladros con agua y tampoco se debe tensar inmediatamente. El diámetro requerido por los taladros es de 32 a 36 mm.

Cuando se usa resina, sea ésta de fraguado rápido (menos de 30 segundos) o fraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a carga completa en más o menos 5 minutos, permitiendo así pretensar el perno e instalarlo en presencia de

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filtraciones de agua. La resina viene en cartuchos con el catalizador separado de la resina y por efecto de la rotación del perno al momento de introducir al taladro, éstos se mezclan generando el fraguado.

Este sistema proporciona una alta capacidad de carga en condiciones de roca dura, resistente a la corrosión y a las vibraciones del terreno y brinda acción de refuerzo inmediato después de su instalación, aunque su costo es mayor que los pernos cementados (en cartucho o inyectado). El diámetro del taladro es crucial para el mezclado y fraguado de la resina, para varillas de 20 mm el diámetro máximo debe ser 32 mm.

Tipos de cartuchos de resina.

También se pueden instalar las varillas combinando la resina de fraguado rápido con el cemento (en cartuchos o inyectado). En este caso, la resina va al fondo del taladro y el resto es llenado con lechada de cemento o cartuchos de cemento. Una de las razones para emplear este sistema es disminuir los costos. En general es importante chequear la calidad del cemento y de la resina antes de su uso, desde que son muy sensibles al almacenamiento subterráneo por largos periodos de tiempo, éstas tienen una vida limitada indicada por el fabricante.

F. PROCEDIMIENTOS DE INSTALACIÓN

Primero, el equipo técnico de apoyo de mina debe determinar el patrón adecuado de los pernos, a continuación se perforan los taladros. Cuando se usa inyección

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de cemento, después de la perforación se introduce la varilla dentro del taladro. Luego se coloca la pasta de cemento utilizando un tubo hueco de PVC, que se introduce asegurándolo ligeramente a la varilla. La pasta se inyecta mediante el uso de una bomba y se va retirando el tubo de PVC conforme se va inyectando. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el perno. El tensionado se deberá ejecutar como mínimo 48 horas después de colocado el perno, salvo el uso de acelerantes de fragua. La relación cemento/agua ideal de la pasta de cemento es de 3.5:1 en peso, lo cual equivale a 16 litros de agua por 45 kilos de cemento.

Instalación de un perno de varilla con inyección de cemento.

Cuando se usa cartuchos de cemento (cemento con aditivos especiales en un envase plástico), se debe limpiar el taladro, luego se introducen los cartuchos previamente remojados con agua hasta llenar el taladro. Después se introduce la varilla hasta unos 50 cm, doblándola ligeramente, a fin que ésta pueda romper mejor los cartuchos y producir mejor mezcla al momento de introducir girando la varilla por acción de la perforadora. Finalmente se coloca la placa sin tensionar el perno, el tensionado se deberá ejecutar como mínimo 48 horas después de

colocado el perno, salvo el uso de acelerantes de fragua.

Instalación de una barra helicoidal.

Cuando se usa resina, el procedimiento es similar a los cartuchos de cemento, pero en este caso, una vez perforado y limpiado el taladro, se introducen primero los cartuchos de resina de fraguado rápido hasta el fondo y luego los cartuchos de resina de fraguado lento. La cantidad de cartuchos estará determinada por el diámetro y longitud del taladro, de la varilla y de los cartuchos de resina. El fabricante proporciona las cantidades recomendables, el objetivo es que todo el taladro quede rellenado. Es importante en este caso que se produzca una buena mezcla de la resina con el catalizador, para que la adherencia de la varilla con la

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roca sea eficaz. Esto se logra mediante la rotación de la varilla con la perforadora durante 10 a 15 segundos, tal como se indicó en el párrafo anterior, para el caso de los cartuchos de cemento. Finalmente se coloca la placa, pudiéndose tensionar de inmediato, por efecto de la fragua rápida. Posteriormente el fraguado lento actuará con la varilla tensionada.

Cuando se usa resina y cemento, se colocan los cartuchos de resina de fraguado rápido en el fondo del taladro y se completa el resto con pasta de cemento o cartuchos de cemento, siendo el resto del procedimiento similar a los antes mencionados.

Un aspecto final está referido al tensionamiento de los pernos. Cuando la masa rocosa ha estado sometida a intensa deformación, es recomendable el

tensionamiento. Cerca de los frentes de avance, donde la masa rocosa pueda presentar deformación subsecuente significativa o cuando están presentes altos esfuerzos, no es recomendable el tensionamiento.

Instalación de un perno de varilla de fierro corrugado usando cartuchos de cemento, cartuchos de resina o ambos.

4.8.5 ANCLAJES DE CABLES.

Si se utiliza cable destrenzado, la adherencia cable-cemento se duplica. Este tipo de cable presenta las mismas características que el cable liso, con la ventaja de que el diámetro de perforación no tienen porqué ser mayor.

Si se requiere mayor resistencia a tracción, se pueden utilizar cables dobles, tanto lisos como destrenzados.

A. Descripción

Aparte de su fabricación y capacidad de carga, no hay diferencias significativas entre los pernos de varilla cementados y los cables inyectados con pasta de cemento. En ellos rigen los mismos principios de

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funcionamiento, en el caso de los cables hay que adicionar a la acción del refuerzo, la acción de sujeción de los bloques rocosos sueltos, sin embargo, en el caso de pequeños bloques rocosos sueltos, los cables son inefectivos, siendo necesario complementar el sostenimiento con pernos de roca y/o malla y/o concreto lanzado (shotcrete).

Funciones de los cables.

Los cables son elementos de reforzamiento, hechos normalmente de alambres de acero trenzados, los cuales son fijados con cemento dentro del taladro en la masa rocosa. El cable comúnmente usado es el denominado “trenzado simple” conformado por 7 alambres, que en conjunto tienen 5/8” de diámetro, con una capacidad de anclaje de 25 Ton. Pueden ser usados en cualquier longitud, en el rango de 5 a 30 m, ya sea en la modalidad de cable simple o doble. Desde luego hay una gran variedad de cables, destacando en la industria minera aparte del indicado, los cables destrenzados y los cables bulbados, para mejorar la adherencia del cable con el cemento.

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Las siguientes consideraciones son importantes para su utilización: Son utilizados en condiciones de rocas duras, moderadamente fracturadas o fracturadas, que presenten bloques grandes a medianos, con RMR mayor o igual a 40 o cuando se quiere asegurar una franja de roca débil entre dos franjas de roca competente. Son instalados predominantemente en forma no tensionada para el sostenimiento temporal en tajeos y también para el

sostenimiento permanente de ciertas estructuras rocosas asociadas al minado. También se puede utilizar como pre-reforzamiento antes del minado de un tajeo.

Apropiadamente instalados constituyen un sistema de reforzamiento

competente y durable. Proporcionan también una alta capacidad portante en condiciones de roca dura. Pueden ser instalados en áreas estrechas.

Aplicaciones diversas de los cables.

Se requiere varios días de tiempo de curado antes que los cables puedan trabajar a capacidad completa. Es dificultoso chequear y mantener constante la calidad de la pasta de cemento y de la inyección de la misma. No puede ser utilizada en taladros con presencia de agua. Es un sistema de

sostenimiento relativamente barato. Es sumamente importante en este sistema de reforzamiento, para su efectividad completa, utilizar estándares apropiados en relación a los materiales, equipos, herramientas y personal idóneo para la instalación.

B. Procedimientos de instalación

Se perfora el taladro con un diámetro de 48 mm en el caso de cable simple o 64 mm en el caso de instalar cable doble. Una vez perforados los taladros, se disponen de 4 opciones para la instalación de los cables. Previamente, antes

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de introducir el cable, se deberá limpiar el taladro con aire a presión eliminando pequeños fragmentos en el interior del mismo.

 Método del tubo respiradero

Éste es el método tradicional para instalar cables de trenzado simple en taladros ascendentes. La pasta de cemento, que tiene usualmente una relación agua/cemento alrededor de 0.4, es inyectada en el taladro a través de un tubo de ¾” de diámetro o más, colocado en el collar del taladro. El aire desfoga a través de otro tubo de diámetro pequeño (½”), el cual se extiende hacia el fondo del taladro, encintado al cable. Tanto los tubos como el cable son sellados en el collar del taladro por medio de un tapón de hilachas de algodón o un mortero de fraguado rápido. La dirección del recorrido de la pasta de cemento es hacia arriba en el taladro. Cuando la pasta de cemento retorne por el tubo respiradero, la inyección habrá sido completada.

 Método del tubo de inyección

Este método es utilizado en taladros ascendentes y descendentes con cables de trenzado simple. En este caso, se extiende hasta el fondo del taladro, un tubo de inyección de pasta de cemento de ¾” diámetro o más, que va encintado al cable. El cable y el tubo son sujetados dentro del taladro por una cuña de madera insertada dentro del collar del taladro. La pasta de cemento con relación agua/cemento de 0.3 a 0.35 si el taladro es ascendente ó 0.3 a 0.45 si el taladro es descendente, es inyectada hasta el fondo del taladro, de tal manera que el taladro sea rellenado hasta que la pasta de cemento aparezca en el collar del taladro. El bombeo es continuo hasta que se observe en el collar una pasta de cemento consistentemente espesa. Este método presenta ciertas ventajas respecto al método anterior, que radica principalmente en la evidencia del llenado del taladro y en que no hay probabilidad que la lechada fluya dentro de las fracturas rocosas.

 Método del tubo retráctil

Utilizado para taladros ascendentes o descendentes, con cables de trenzado simple. Es un método similar al método del tubo de inyección descrito arriba, pero sin utilizar la cuña de madera. El tubo de inyección (3/4” o más) es retirado lentamente desde el fondo del taladro conforme progrese la inyección. Es importante asegurar que la velocidad de retirada no exceda a la velocidad de llenado del taladro, así no serán introducidos vacíos de aire. Esto se logra aplicando manualmente una fuerza para resistir la fuerza de empuje de la columna de pasta de cemento. La relación agua/cemento de 0.35 para taladros ascendentes o cualquier consistencia para taladros descendentes es adecuada para este método.

 Método de inyección con posterior inserción del cable

El procedimiento para este caso es inyectar pasta de cemento al taladro y posteriormente insertar el cable, esto es posible solo cuando se dispone de máquinas de colocar cables, debido a que se requiere una gran fuerza para

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empujar el cable dentro del taladro inyectado. En este método y en el método del tubo retractil, el tubo de inyección es reutilizable.

Métodos u opciones de instalación de los cables.

C. Métodos de control

 Control de la instalación de los cables

Para la correcta instalación de los cables se debe tener en cuenta lo siguiente: Se debe asegurar que el personal de instalación de los cables esté altamente entrenado y capacitado para esta labor.

Para el caso de la instalación de los cables, se debe tomar en cuenta los diferentes aspectos señalados para el control de instalación de los pernos. Adicionalmente se deberá tomar en cuenta los aspectos que se indican a continuación:

Asegurar el tamaño correcto en el diámetro y longitud de los taladros, debiendo ser éstos lo mas rectos y limpios posibles.

Asegurar que los cables estén limpios, tengan todos sus accesorios

adecuados, estén centrados en el taladro con sus respectivos espaciadores, que esté taponado completamente el collar del taladro y los tubos

accesorios estén correctamente instalados.

Asegurar el uso de cemento fresco para la inyección, asimismo que la relación agua/cemento sea la correcta, inspeccionando la consistencia y calidad de la pasta, de ser posible realizando ensayos de la misma. Uno de los componentes más críticos en una instalación de cables es la columna de la pasta de cemento. Todos los posibles cuidados deben ser tomados para asegurar que la columna no contenga vacíos de aire.

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El control de calidad del reforzamiento con cables es similar al indicado para el caso de pernos después de su instalación.

En el caso de los cables es particularmente importante verificar que la calidad de la pasta de cemento sea la apropiada, además verificar que los taladros hayan sido completamente inyectados.

La instrumentación que se tiene disponible para la evaluación del rendimiento de los cables es de mayor complejidad que en el caso de pernos de roca.

4.8.6 ANCLAJES AUTOPERFORANTES

En 1992 se desarrolló y comenzó la producción de los nuevos anclajes auto-perforantes. Fue en el 2001 cuando Atlas Copco adquirió esta pequeña compañía. Es una barra de acero roscada que puede perforarse y colocarse sin el uso de un encamisado

La barra tiene un núcleo hueco que se usa para barrido e inyección de cemento y su rosca con paso a izquierda permite conectarla a todos los sistemas de perforación convencionales.

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A. VENTAJAS DE UTILIZACIÓN

▫ Es un sistema apto para condiciones de suelos muy difíciles e inestables. ▫ Se evita el tiempo de reperforación por des desmoronamiento de los hoyos. ▫ La velocidad de instalación es alta y no requiere perforación previa.

▫ Se unifica en un solo proceso la perforación, el montaje del anclaje y la inyección.

▫ La perforación, instalación e inyección del anclaje se efectúa en una sola operación reduciendo el trabajo de perforación requerido por hoyos encamisados.

▫ Es un sistema especialmente útil si el anclaje se debe desarrollar en un espacio confinado.

▫ El principio de colocación es el mismo en todos los distintos tipos de suelos. ▫ Se pueden suministrar distintas brocas en función de la tipología del terreno. ▫ El conducto en la barra hueca no solo sirve para el lavado con aire o agua durante la perforación, sino que también se utiliza para la posterior inyección de los anclajes.

▫ Las longitudes se pueden elegir con fatal flexibilidad al usar manguitos de unión.

B. INCONVENIENTES DE UTILIZACIÓN ▫ Es un sistema relativamente caro.

▫ Precisa de una bomba de inyección de cemento.

C. INSTALACIÓN

Instalar los anclajes autoperforantes es un proceso fácil de aprender y requiere la experiencia de un perforista con conocimientos de las características del anclaje y del suelo en que deben instalarse los pernos.

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D. Accesorios de perforación.

MANGUITO DE EMPALME ROSCADO. Los anclajes autoperforantes son muy versátiles ya que se pueden utilizar en recintos o espacios pequeños, tales como pequeños túneles de servicio, galerías, etc

Con este accesorio además podemos cortar las barras a la medida necesaria y utilizar tramos cortos en otros anclajes, reduciendo así costes en nuestra obra. Por lo tanto estos manguitos son útiles tanto en obras de pequeño tamaño como para reducir costes.

CENTRADOR DE ACERO. Se trata de una pieza que mantiene centrado la barra del anclaje dentro del barreno

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BOMBA DE INYECCIÓN. Se trata de una bomba que nos suministrara el mortero necesario para este tipo de anclajes.

ADAPTADORES DE INYECCIÓN. Existen diferentes tipos de adaptadores:

- adaptador de inyección, acopla la barra de anclaje con la manguera de inyección

- adaptador rotativo de inyección, acoplamiento que permite la perforación y la inyección simultaneas.

BROCAS DE PERFORACIÓN

Tendrá una relación directa con los costes de perforación y tiempos de ejecución. Perforación, a partir de las características del terreno

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La autoinyección o inyección simultánea a la perforación actúa como agente de barrido del taladro y como lechada de inyección, mejorándose el terreno anular al bulón y aumentando la adherencia de este al terreno. El conjunto forma lo que se denomina “sistema autoperforante”

El principal factor, que influye en la capacidad portante del anclaje es la longitud de adherencia.

También se puede incrementar los perímetros de inyección. Con esto se consigue un aumento del rozamiento, hasta cierto límite, si bien ha de tenerse en cuenta también un mayor diámetro de la perforación a través de toda la longitud de anclaje, y con frecuencia, mayores costos de perforación.

El escariado de la perforación de la perforación en diversos puntos de la longitud de anclaje es un método costoso.

Lo más eficaz han resultado ser los métodos para el aumento de la presión de inyección. En muchos suelos, principalmente en suelos no adhesivos, bastó un solo proceso de inyección. Si el anclaje se realiza en suelos con características mecánicas más deficientes, principalmente en suelos adhesivos, un solo proceso de inyección no sería suficiente. Para estos casos se ha desarrollado el sistema de post-inyección DYWIDAG.

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4.8.7 ANCLAJES HIBRIDOS

Es decir se trata de un anclaje que cuente en su extremo más profundo del taladro con un Swellex y tras él va unida varias barras de anclaje autoperforante.

Este último tipo de Swellex ofrece soporte inmediato, con unos pernos de roca pretensados y completamente inyectados, de calidad asegurada e instalación rápida, segura y fácil.

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Características

Sostenimiento inmediato. Instalación fácil y segura.

Pre-tensión, para un sostenimiento activo inmediato. Cementación perfecta desde el fondo del taladro.

Cementación proporciona refuerzo a toda la columna y protección contra la corrosión.

Aplicable en zonas donde se requiera sostenimiento inmediato para preservar la estructura del macizo y cementación para una larga vida del refuerzo.

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Presentado el 2008 por Atlas Copco.

La excavación en minas profundas y condiciones de roca inestables

Los pernos Roofex proveen soporte para fuerzas de hasta 80 kN antes de que el efecto de deslizamiento del ingenioso sistema de fricción entre en acción. A los 80 kN de carga, el perno comienza a deslizarse junto con la deformación de la roca disipando lentamente la energía de la roca.

La función de deslizamiento de perno permite a la roca moverse a lo largo de una distancia de deslizamiento predeterminada, que puede ser de hasta 60 cm, antes de detenerse. Consumida la longitud total, Roofex vuelve a actuar como un perno de soporte de roca con una capacidad máxima de carga de 100 kN. Permitiendo una cierta cantidad de movimiento de roca, el Roofex disipa energía de la roca de

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manera controlada, más que retenerla hasta una cierta carga y después romperse repentinamente.

Las condiciones de la interface resina y/o roca no afectan el desempeño del perno.

El diseño de los pernos Roofex tiene dos versiones, una para disipar la energía liberada en movimientos de roca lentos, por ejemplo, en roca débil o fragmentada bajo gran presión, y otra para movimientos de roca mayores y repentinos, como en estallidos de roca o actividades sísmicas.

Roofex puede brindar la solución. Es un perno de roca que puede absorber movimientos de roca con excelente predictibilidad.

Además, la función de monitoreo del Roofex permite al perforista controlar el movimiento de la roca de un vistazo y evaluar el movimiento potencial de la roca de día a día.

Este método no es tan preciso como el de avanzados instrumentos de geotecnia, pero es perfecto para la evaluación visual diaria por los perforistas. El uso de un perno monitor (p. ej. 1 cada 10 pernos instalados) también verificará el funcionamiento de los pernos instalados

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