Los micropilotes son pilotes de pequeño diámetro de perforación (< 30cm) y se componen de una barra, tubo de acero o de armadura de acero que constituye el núcleo portante, el cual se recubre normalmente de lechada inyectada de cemento que forma el bulbo. Las características técnicas de los materiales y modo de ejecución de estos micropilotes permiten lograr altas capacidades de carga (30 a 150 t) tanto a la tracción como a la compresión con deformaciones mínimas. Se consigue así, un elemento resistente en el que predomina la longitud y resistencia por rozamiento o fuste.
En este post vamos a dejar un par de documentos relacionados realizados por el Comité de Seguridad de AETESS con las medidas de seguridad a adoptar en la ejecución de esta unidad de obra. Se trata de la Guía Técnica de Seguridad AETESS para Micropilotes y Anclajes de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y Subsuelo (AETESS) (link) y de un vídeo descriptivo de la ejecución de micropiloles (www.aetess.com). Espero que ambos documentos os sean de utilidad.
El Jet-Grouting es un proceso que consiste en la desagregación del suelo (o roca poco compacta), mezclándolo, y parcialmente sustituyéndolo, por un agente cementante (normalmente cemento). La desagregación se consigue mediante un fluido con alta energía, que puede incluir el propio agente cementante. Esta técnica de alta presión consigue desagregar el suelo o la roca poco compacta, mezclándolo y sustituyéndolo por cemento, así se van llenando huecos y discontinuidades. Básicamente se expulsan chorros de lechada de cemento (grout) a través de unas toberas a velocidades muy altas, logrando así la rotura del terreno y su íntima mezcla con el mismo. La técnica del Jet-Grouting tiene múltiples aplicaciones (mejora del terreno, impermeabilización, túneles, etc.), siendo el fluido de perforación también variable (cemento, bentonita, mezclas químicas, etc.)
Os paso varios vídeos al respecto, empezando por una animación sobre del Jet grouting de triple fluido:
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.
Anclaje de un muro. Vía http://chuscmc.blogspot.com
Los anclajes al terreno se utilizan habitualmente para la contención del empuje de tierras en pantallas continuas, estabilización de laderas, estribos de puente y otras estructuras similares. Estos anclajes se ejecutan mediante una perforación en el terreno por donde se introducirán unos cables o barras que serán sometidas a tensión.
En este post nos centraremos en presentar un par de documentos de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y del Subsuelo (AETESS) relacionados con las medidas de seguridad a adoptar en la ejecución de los anclajes. El primero es la Guía Técnica de Seguridad AETESS para micropilotes y anclajes (link) y el segundo una guía técnica audiovisual respecto al mismo tema. Espero que os sean de utilidad.
Ensayos y control de anclajes. Vía http://www.fernandeztadeo.com
La sustitución dinámica o “puits ballastes” constituye una variante diferenciada de la compactación dinámica en la cual la energía de compactación sirve para constituir inclusiones granulares de gran diámetro, como refuerzo de los terrenos compresibles, de los que se necesitan varios metros de espesor sobre un estrato de terreno con capacidad portante suficiente.
Se punzona en este caso el terreno con una maza pequeña y pesada que se deja caer desde cierta altura. Este procedimiento crea un cráter que se rellena con material granular, que se golpea nuevamente con el objeto de desplazar el terreno y hacer penetrar dicho material granular. Con este procedimiento se consigue rigidizar el terreno creando puntos de apoyo que presentan una mayor carga admisible. Además, la ventaja adicional es que constituyen drenes verticales, aunque no muy profundos, por lo que podrían combinarse con tratamientos de mejora de precarga, de forma que se reducirían los tiempos de consolidación del suelo.
Esta técnica combina, por tanto, las ventajas de la compactación dinámica y de las columnas de grava.
Aplicaciones:
- Terrenos cohesivos (arcillas y limos blandos o muy blandos), apoyados sobre un sustrato rocoso
- Necesidad de estabilización y reducción de los asientos de terraplenes viarios y ferroviarios
- Estructuras con distribución heterogénea degrandes cargas repartidas y puntuales
Principales características:
- Tasa de incorporación de material claramente superior a la obtenida por medio de columnas de grava (hasta 20 a 25%)
- Muy alta compacidad de las inclusiones constituidas
- Cada “columna” granular puede soportar cargas importantes de hasta 150 t
- Mejora de las características mecánicas de las capas superficiales del terreno entre las columnas en un 25% y entorno al 50% en los estratos más profundos
- Funcionamento de las inclusiones como drenes verticales reduciendo así el tiempo de consolidación y acelerando los asientos antes de la construcción
Ventajas:
- Fuerte incremento del módulo de deformación, de la capacidad portante y de la capacidad drenante del terreno
- Técnica bien adaptada a grandes cargas
- Muy alta resistencia interna al corte del material granular que consituye la inclusión
- A diferencia de las columnas de grava, aplicación adaptada a suelos evolutivos (turbas, orgánicos…) debido a su reducida esbeltez.
La profundidad del terreno mejorado con esta técnica depende tanto de las características del terreno como de la energía de los impactos. A este respecto, Menard nos facilita la siguiente fórmula para calcular dicha profundidad:
D2 ≤ 10·M·h
donde:
D: Espesor a compactar (m)
M: Peso de la maza (kN)
h: Altura de caída de la maza (m)
Aunque la máxima profundidad afectada quedaría limitada por la siguiente expresión:
D = 0,44·√10Mh
Os paso a continuación un Polimedia explicativo de esta técnica que espero que os guste:
Estabilizaciones con cemento. Fuente: Servià Cantó.
No siempre se encuentra el suelo adecuado que garantice la estabilidad y durabilidad de una explanada. Si unimos a ello la creciente importancia medioambiental y la presión social por minimizar la apertura de nuevos préstamos y vertederos necesarios para el movimiento de tierras de una infraestructura, es evidente que deberíamos esforzarnos en utilizar materiales calificados como tolerables, marginales e incluso inadecuados.
La estabilización de suelos consiste en mejorar un suelo existente adicionando un material, que normalmente es cal o cemento. Las ventajas directas que obtenemos de la estabilización son, entre otras, las siguientes: aprovechar suelos de baja calidad, evitando su extracción y transporte a vertedero; reducir la sensibilidad al agua de los suelo, aumentando su resistencia a la erosión, a la helada y otros agentes climáticos; permitir la circulación por terrenos impracticables y obtener una plataforma estable de apoyo del firme de infraestructuras lineasle que colabore estructuralmente con el mismo. Los procedimientos más utilizados son la Estabilización con cal y la Estabilización con cemento, aunque también se utilizan otros aditivos, destacando los procesos de Estabilización con ligantes hidrocarbonados y la Estabilización con cloruros.
La técnica del soil nailing, o claveteado de suelos, consiste en reforzar un talud, a medida que desciende la excavación, mediante la introducción de anclajes de refuerzo pasivos o activos, generalmente subhorizontales, que trabajan principalmente a tracción, pero también pueden tomar cargas de flexión y corte. Estos refuerzos se complementan a medida que baja la excavación con un paramento superficial que puede ser rígido o flexible que impide el deslizamiento del suelo entre los puntos que se encuentran las barras instaladas. Este refuerzo del terreno permite mejorar su resistencia al corte a lo largo de superficies potenciales de falla.
Las barras se colocan en unos sondeos perforados previamente y que luego se rellenan con una lechada o mortero de inyección. Posteriormente se ejecuta un paramento vertical que impida la caída de tierra entre los puntos donde se sitúan las inclusiones. Esto suele realizarse mediante hormigón proyectado (gunita), que suele reforzarse mediante una malla de acero.
Este procedimiento no se puede aplicar bajo nivel freático, ni tampoco cuando el suelo es blando o muy blando, pues entonces no es rentable su uso.
Os paso unos cuantos vídeos informativos al respecto. Espero que os sean de utilidad.
La compactación dinámica es una técnica que mejora la capacidad portante de los suelos, especialmente de aquellos con escasas características geotécnicas, mediante la aplicación de esfuerzos dinámicos en superficie. Se trata de aplicar un elevado esfuerzo dinámico al dejar caer una masa elevada desde cierta altura. Actualmente, es habitual el uso de pesos de maza que oscilan normalmente entre 1 y 100 toneladas, con alturas de caída de hasta 40 m. Este tipo de tratamiento es altamente dependiente de las características del suelo y de la energía empleada. En principio, se puede utilizar en suelos granulares, saturados o no, y ofrece buenos resultados en rellenos artificiales heterogéneos, que difícilmente se pueden mejorar con otros procedimientos. Además, la mejora es significativa incluso a profundidades altas, siendo una solución económica cuando se compara con otras soluciones alternativas como la excavación y sustitución del suelo, la precarga, las inyecciones y otras técnicas de mejora de suelos.
El principio de dejar caer grandes pesos sobre la superficie del suelo para mejorarlo en profundidad se ha empleado desde tiempos muy antiguos. Menard y Broise (1976) hacen referencia a dibujos muy antiguos que sugieren que la técnica se podría haber empleado en China desde hace centurias. Los romanos también la emplearon en sus construcciones. En los Estados Unidos se empleó un antiguo cañón para compactar ya en el año 1871 (Lundwall, 1968). También en la antigua Unión Soviética se empleó este método para compactar loess con buenos resultados, si bien con pesos y alturas de caída mucho menores a las actuales (Faraco, 1980). En los años 40 se empleó este procedimiento constructivo en la construcción de un aeropuerto en China y un área portuaria en Dublín. Sin embargo la técnica actual se puede fechar en 1970, cuando Louis Menard patentó este método en Francia, favorecido sin duda por la aparición de las gigantescas grúas montadas sobre orugas. En Gran Bretaña y en Estados Unidos se empezó a utilizar en los años 1973 y 1975, respectivamente.
La disponibilidad de suelos con suficiente capacidad portante para la construcción ha ido disminuyendo conforme se iban desarrollando las áreas urbanas. De esta forma, fueron quedando parcelas con suelos de pésimas características geotécnicas que había que recuperar de alguna forma para seguir construyendo. Esto favoreció, sin duda, el desarrollo de la compactación dinámica.
La compactación dinámica se desarrolló y se empleó de forma satisfactoria para densificar suelos flojos, saturados y sin cohesión, siendo especialmente eficaces porque queda reducida la potencial licuefacción del suelo. En este sentido, se puede decir que el proceso de densificación es similar al de la vibro-compactación. También se podría emplear la técnica para suelos finos cohesivos, sin embargo el éxito en este caso es más dudoso, requiriendo una especial atención la generación y disipación de las presiones intersticiales. En ocasiones, esta técnica de mejora se emplea de forma conjunta con las columnas de grava para facilitar la disipación de las presiones intersticiales (Bayuk y Walker, 1994).
Información útil sobre las técnicas y maquinaria empleadas, así como la respuesta del terreno a la compactación dinámica se puede encontrar en Mayne et al. (1984), Varaksin (1981), Liausu (1984) y Findlay y Sherwood (1986). Es habitual un espaciamiento entre puntos de impacto entre los 2 y 3 m en las mazas pequeñas y más de 10 m en el caso de mazas pesadas. El tratamiento se da en varias pasadas y la profundidad alcanzada por la densificación se puede relacionar con la energía del golpe mediante la siguiente fórmula empírica: D=k(M·H)^0.5, donde:
M = masa de la maza (toneladas)
H = altura de caída (metros)
D = profundidad efectiva de la compactación (metros)
k = factor que depende del tipo de suelo y de las características del tratamiento, aunque un valor usual puede ser 0.5 (m/t)1/2.
El procedimiento de cómo se realiza la compactación dinámica está ampliamente descrito en el trabajo de Liausu (1984).
Para comprobar la efectividad de un tratamiento de mejora de suelos, tal y como pudiera ser la compactación dinámica, es necesario comprobar que la mejora conseguida es suficientemente buena como para alcanzar los objetivos marcados por el proyecto correspondiente. Una forma económica y sencilla de ensayar el terreno en profundidad consiste en hincar un varillaje con una punta metálica, de forma que, contabilizando el número de golpes necesarios para hacer avanzar dicha punta una longitud determinada, se pudiese correlacionar dicho valor con las características geotécnicas del terreno. A este tipo de pruebas se les conoce con el nombre de ensayos de penetración dinámica.
Elensayo de penetración estándar o SPT (Standard Penetration Test) es quizás uno de los ensayos más frecuentes que se utiliza cuando se realizan sondeos de reconocimiento. De hecho, representan una importante fuente de datos acerca de la resistencia del terreno. Se trata de medir el número de golpes necesario para que se introduzca una cuchara cilíndrica y hueca muy robusta que, además, permite extraer una muestra alterada de su interior. Tanto la cuchara como la masa y la altura a la que caen están normalizadas. La ventaja del SPT es que se permite visualizar el terreno donde se ha realizado la prueba y permite su identificación, e incluso, si el terreno es cohesivo, obtener su humedad. Se trata de ensayos de bajo coste y de alta representatividad, especialmente para suelos granulares y mixtos. La descripción del ensayo se encuentra recogida en la norma UNE 103-800-92. El valor que se obtiene se denomina resistencia a la penetración estándar N30spt.
Este ensayo nace en 1927 cuando un sondista de la Raymond Concrete Pile propuso a Terzaghi contar el número de golpes necesarios para hincar 1 pie el tomamuestras que se utilizaba para obtener muestras en terrenos no cohesivos. Tras realizar un gran número de ensayos, Terzaghi y Peck (1948) publican sus resultados en su libro “Mecánica de suelos en la ingeniería práctica”. Esta prueba se ha difundido internacionalmente y existen numerosos estudios que permiten relacionar de forma empírica el valor N30SPT con las propiedades geotécnicas del terreno in situ. Sin embargo, gran parte de las correlaciones corresponden a terrenos arenosos, pues la presencia de gravas oscurece la interpretación de los resultados e incluso puede impedir la realización del ensayo. Por tanto, es un ensayo especialmente indicado para terrenos con una amplia fracción arenosa y lo es menos cuando existe una mayor proporción de finos o de gravas.
Uto y Fijuki (1981) recomiendan corregir el valor de la resistencia a penetración estándar cuando se ensaya a más de 20 metros de profundidad. Skempton (1986) propone factores de corrección a dicho valor en función de la profundidad del ensayo y del diámetro del sondeo, aunque estas correcciones se realizan para suelos granulares, puesto que para los cohesivos dicha influencia es despreciable. Otras correcciones independientes del sistema de ensayo se refieren al nivel freático (Terzaghi y Peck, 1948), a la presión de confinamiento (Gibbs y Holz, 1957), siendo objeto de distintos estudios que están resumidos en Liao y Whitman (1985).
En cuanto a las correlaciones de Nspt con los parámetros geotécnicos del terreno, Terzaghi y Peck (1948) publicaron las primeras correlaciones con la densidad relativa de arenas cuarzíticas, siendo modificadas posteriormente por Skempton (1986). Gibbs y Holtz (1957) comprobaron que se debía introducir la presión de confinamiento en dichas relaciones, y luego Meyerhof (1956) ajustó dichas relaciones. Otras correlaciones referidas al ángulo de rozamiento interno, deformabilidad o potencial de licuefacción pueden verse en Devicenzi y Frank (1995). Sin embargo, tal y como se comentó anteriormente, las correlaciones sobre terrenos cohesivos se han considerado meramente orientativas, debido a la dispersión de resultados. Sin embargo, hoy en día este criterio se está cuestionando y se están aceptando estas pruebas en todo tipo de terrenos.
Cuando lo que se quiere es disponer de un registro continuo para caracterizar un suelo en profundidad, se puede emplear la prueba de penetración dinámica superpesada o DPSH (Dynamic Probing Super Heavy). Las características del ensayo son distintas a las del SPT. Aquí se utiliza una punta cónica perpendicular al eje de penetración midiéndose el golpeo necesario para profundizar 20 centímetros. Sin embargo, se ha tratado de establecer una correlación entre ambos ensayos que, en el caso de las arenas, el factor de conversión entre ambos ensayos es próximo a la unidad, siempre que estemos entre los 5 y 30 golpes, y siempre que estemos a un máximo de 10 – 15 m, pues a partir de aquí la dispersión aumenta debido al efecto de rozamiento de las varillas, que empieza a ser importante. En el caso de la correlación entre el ensayo Borros o DSPH y el SPT en arcillas, se puede consultar el trabajo de Dapena et al (2000).
Son muchas las correlaciones que se han encontrado entre los ensayos a penetración dinámica. Las equivalencias entre los ensayos parten de una relación de semejanza entre la energía de hinca. Un resumen de los parámetros geomecánicos obtenidos a partir de estos ensayos aplicado a suelos mixtos cohesivos-granulares puede verse en Parra y Ramos (2006).
Todo ello nos lleva a la siguiente conclusión: no es muy fiable establecer correlaciones entre los distintos ensayos de penetración dinámica, especialmente cuando el suelo empieza a ser cohesivo. El tema se complica mucho más cuando el terreno no es natural, sino que se trata de un relleno antrópico heterogéneo. Ello obliga a realizar un estudio en profundidad para establecer dichas correlaciones, siendo aconsejable efectuar un penetrómetro de contraste al lado de un sondeo con SPT.
Referencias
Bayuk, A.A.; Walker, A.D. (1994). “Dynamic Compaction. Two Case Histories Utilizing Innovative Techniques.” In-Situ Deep Soil Improvement, ASCE, Geotechnical Special Publication No.45.
Devincenzi, M.; Frank, N. (1995). “Ensayos Geotécnicos in situ”, Igeotest, Figueres, Girona.
Faraco, C. (1980). “Mejora del terreno de cimentación”, en Jiménez Salas (coord.) Geotecnia y Cimientos III, primera parte, pp. 489-531.
Findlay, J.D.; Sherwood, D.E. (1986).”Improvement of a hydraulic fill site in Bahrain using modified heavy tamping methods” Building on Marginal & Derelict Land., May 7-9.
Gibbs, H.J.; Holtz, W.G. (1957). “Research on Determining the Density of Sands by Spoon Penetration Testing”. Proc. 4th Conf. On SMFE, London.
Liao, S.; Whitman, R.V. (1986). “Overburden Correction Factors for SPT in Sand”, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol 112, Nº 3.
Liausu, P. (1984) Renforcement de Couches de Sol Compressibles par Substitution Dynamique, In-Situ Soil and Rock Reinforcement Conference, Paris.
Lundwall, N.B. (1968). The Saint George Temple, in “Temples of the Most High, Bookcraft, Salt Lake City, Chapter 3, p. 78.
Mayne, P.W.; Jones, J.S.; Dumas, J.C. (1984). Ground response to dynamic compaction. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 110(6), pp. 757-774.
Menard, L.; Broise Y. (1976). “Theoretical and practical aspects of dynamic consolidation”, Ground Treatment by deep compaction, Institution of Civil Engineers, LONDON, pp. 3-18.
Meyerhof, G.G. (1956). “Penetration Test and Bearing Capacity of Cohesionless Soils”. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 91.
Parra, F.; Ramos, L.L. (2006). “Obtención de parámetros geomecánicos a partir de ensayos a penetración dinámica continua en suelos mixtos cohesivos-granulares”. Ingeopres: Actualidad técnica de ingeniería civil, minería, geología y medio ambiente, 145: pp. 20-24.
Skempton, A.W. (1986). “Standard Penetration Test Procedure and Effects in Sandsof Overburden Pressure, Relative Density, Particle Size, Ageing and Overconsolidation”. Geotechnique, 36, pp. 425-437.
Terzaghi, K.; Peck, R.B. (1948). “Soil Mechanics in Engineering Practice”. Ed. John Wiley and Sons, New York.
Uto, K.; Fuyuki, M. (1981). “Present and Future Trend on Penetration Testing in Japan”, Japanese Soc. SMFE.
Varaksin, S. (1981). “Recent development in soil improvement techniques and their practical applications”. Sol. Soils, Nº 38/39.
Dapena, E.; Lacasa, J. García, A. (2000). “Relación entre los resultados de los ensayos de penetración dinámica Borros DPSH y el SPT en un suelo arcilloso”. Actas del Simp. sobre geotecnia de las infraestructuras lineales. Soc. Española de Mec. del Suelo e Ing. Geotécnica.
Para rebajar el nivel freático a profundidades entre 10 y 30 m, se utilizan pozos profundos con bombas sumergibles. Se disponen pozos en el perímetro de la zona a excavar. Son especialmente adecuados cuando los suelos son muy permeables (arenas y gravas arenosas). El sistema tiene la ventaja que puede instalarse fuera de la excavación.
Os paso un vídeo de la empresa Perforaciones Ferrer S.L. en la que se describe el sistema de control del nivel freático para la construcción del Centro Comercial Arena (Valencia).
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.
Una forma interesante de reforzar un suelo es mediante el empleo de geotextiles. Con este sistema se puede construir de forma económica y sencilla un muro de contención con el propio suelo. Los únicos inconvenientes es que son muy flexibles, el propio geotextil puede formar una capa débil que facilite el deslizamiento y hay que tener ciertas precauciones con la descomposición del geotextil debido a la luz solar.
Os dejo un pequeño vídeo donde podemos ver cómo se ejecuta esta unidad de obra.
La compactación dinámica rápida (rapid impact compaction) constituye una técnica de mejora del terreno que se logra mediante la densificación provocada por la aplicación repetida, en puntos convenientemente espaciados de la superficie del mismo, de impactos de gran energía. Se trata de generar golpes mediante un elevador hidráulico con pesos de 7 a 16 toneladas que se dejan caer desde una pequeña altura de 1-2 metros. Estos impactos se realizan dejando caer una pesada maza, sobre una zapata en contacto con la superficie del terreno, especialmente diseñada para tal fin. Se suelen dar entre 40 y 80 golpes por minuto. En condiciones adecuadas se podría compactar un espesor entre 4 y 7 metros de profundidad. Normalmente se dan entre 40 y 60 golpes por punto en mallas de 2 a 3 m de lado. Os dejo unos vídeos explicativos que espero que os gusten.
La perforación realizada en una voladura, consiste en la operación de llevar a cabo varias penetraciones cilíndricas en la superficie del macizo a volar, llamadas barrenos que tendrán una distribución y un ángulo de inclinación diseñados con el fin de producir el arranque, fragmentación y desplazamiento de parte del macizo rocoso. Estos barrenos alojarán las cargas explosivas que se detonarán con una secuencia de disparo diseñada para obtener un tamaño de piedra medio o fragmentación óptimos con mínimas proyecciones y vibraciones.
La correcta ejecución de los barrenos, sea cual sea el sistema de perforación empleado, se caracteriza fundamentalmente por los siguientes factores:
El diámetro del barreno
La longitud o profundidad del barreno
La desviación de la perforación
La estabilidad del barreno
El diámetro del barreno
El diámetro del taladro necesario en una voladura constituye un factor clave a la hora de obtener el coste económico más favorable en el conjunto de operaciones de arranque de la roca. Se determina este valor en función de los equipos de perforación disponibles y de los explosivos a utilizar. Este parámetro se debe combinar con un esquema geométrico de los barrenos que permita una fragmentación adecuada del material para su carga, transporte y posible trituración.
http://www.explosivosasturion.com/
Por tanto el diámetro de perforación idóneo depende de los siguientes factores:
Características del macizo rocoso
Grado de fragmentación requerido
Altura de banco y configuración de las cargas
Economía del proceso de perforación y voladura
Dimensiones del equipo de carga y transporte
Profundidad del barreno
La longitud del barreno se encuentra directamente relacionada con el diseño previsto para la excavación, ya sea a cielo abierto o subterránea. A mayor profundidad de barreno, mayor tamaño del equipo de perforación (perforadora, carro, compresor y barras). Además, hay que tener en cuenta que cuando las longitudes del barreno son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviación de los barrenos que afectarán a la fragmentación de la roca y que aumentarán el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavaciones.
Desviación de la perforación
Que los barrenos se encuentren correctamente alineados y rectos es una condición necesaria para que la voladura se desarrolle según lo previsto. Para ello se debe minimizar la desviación de los taladros utilizando barras de perforación rígidas. Además, son necesarios otros factores básicos: la precisión del emboquillado, la fuerza de avance, la compatibilidad entre la barra y la boca y los diversos dispositivos de guía. Como se ha visto en el punto anterior, la desviación aumenta con la longitud de la perforación.
Los factores que causan las desviaciones de los barrenos se pueden clasificar en los siguientes:
Propiedades estructurales de la roca: planos de esquistosidad, diaclasas, cambios de litología, etc.
Diámetro de perforación: si es demasiado grande en relación con el varillaje, se producirán desviaciones por la falta de resistencia de la sarta al pandeo y se desgastará antes.
Errores de alineación y emboquille: es frecuente valores de más de 10 cm o de una distancia igual a la magnitud del diámetro de perforación.
Estabilidad del barreno
Las paredes de la perforación deben permanecer sin derrumbes ni desprendimientos locales hasta que se produzca la operación de carga del explosivo. La estabilidad dependerá de la geología de la roca y de la existencia de agua en el macizo. Si se seleccionan correctamente los útiles de perforación, se podrá garantizar una mejora de la estabilización de los barrenos.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía a la roca haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje. Los diámetros habituales de barreno conseguidos con este tipo de perforadoras oscilan entre 50 y 311 mm, estando los mayores diámetros especialmente indicados para los grandes volúmenes de excavación.
Este sistema consta de una fuente de energía, una columna de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmiten el peso, la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o de insertos de carburo de tungsteno que deben fragmentar la roca. De este modo, se puede distinguir la perforación con tricono y la perforación con útiles de corte. El primer sistema se aplica a rocas de dureza media a alta y el segundo a rocas blandas.
Tricono. http://www.atlascopco.es
Trialeta escalonada. http://www.krham.com/
La fuente primaria de potencia utilizada por estos equipos puede ser eléctrica o motores diésel, y su aplicación se realiza mediante mecanismos de transmisión mecánicos e hidráulicos. La energía se transmite a través de las barras de perforación, que giran al mismo tiempo que penetra la boca, debido a la intensidad de la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico. En este tipo de perforación, las pérdidas de energía en las barras y la boca son despreciables, por este motivo, la velocidad de penetración no varía apenas con la longitud del barreno. Para girar las barras y conseguir el par necesario, estas máquinas tienen un sistema de rotación montado habitualmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.
El empuje a aplicar dependerá de la resistencia de la roca y del diámetro de la perforación. El mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden del 50% del peso de la máquina, alcanzando los equipos de mayor tamaño un peso de unas 120 toneladas. La rotación la provee un motor eléctrico o hidráulico y se transmite a la herramienta por medio de la columna de barras. Los sistemas de rotación pueden ser los siguientes:
Directos
De mesa de rotación
Falsa barra Kelly
Sistemas de rotación: (a) directo, (b) mesa de rotación y (c) falsa barra Kelly
A su vez, los estas perforadoras se pueden montar sobre orugas o sobre neumáticos. La elección de uno u otro depende de las condiciones del terreno y de factores como la maniobrabilidad, la movilidad o la estabilidad de la máquina. El montaje sobre orugas se utiliza preferentemente en las grandes excavaciones a cielo abierto, donde los requerimientos de movilidad son escasos. Su limitación en cuanto a menor velocidad de traslación, 2 a 3 km/h, es poco relevante cuando el equipo permanece durante largos períodos de tiempo operando en un mismo banco o sector de la excavación. En tareas medianas, donde se requiere un desplazamiento más frecuente y ágil del equipo, se prefiere el montaje sobre neumáticos. Estos equipos van montados sobre un camión de dos o tres ejes los más ligeros, y sólo los de mayor tamaño se construyen sobre un chasis de cuatro ejes. Su velocidad media de desplazamiento es de 20 a 30 km/h.
www.atlascopco.es
El éxito de la perforación rotativa depende de una serie de factores, unos directamente relacionados con la máquina y otros que son factores externos a la misma. Entre los primeros caben resaltar la magnitud del empuje sobre la roca, la velocidad de rotación, el desgaste de la boca, el diámetro del barreno y el caudal de aire necesario para la evacuación del detritus. Entre los factores que no dependen de la máquina se encuentran las características del macizo rocoso y los rendimientos dependientes del operario.
TIPO DE ROCA
RESISTENCIA A
COMPRESIÓN SIMPLE (MPa)
VELOCIDAD
(rpm)
Muy blandas
< 40
120 – 100
Blandas
40 – 80
100 – 80
Medianas
80 – 120
80 – 60
Duras
120 – 200
60 – 40
Muy duras
> 200
40 – 30
Os dejo a continuación un pequeño vídeo donde se muestra el funcionamiento del tricono.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
Simba S7 D: Equipo de perforación de barrenos largos con martillo en cabeza. http://www.atlascopco.es/
La forma habitual de perforación de una roca a rotopercusión es la perforación con martillo en cabeza. El principio de corte se basa en el impacto realizado en el exterior de la perforación de un pistón de acero sobre una barrena o varillaje, que a su vez transmite la energía al fondo del taladro por medio del elemento final (boca) que fragmenta en esquirlas la roca. Para asegurar una sección circular en el barreno, a cada golpe gira el útil para presentar a su corte nueva roca virgen en el fondo del barreno. Además, es preciso evacuar del barreno los detritus (barrido), lo que se consigue mediante insuflado de aire al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de penetración de la perforación disminuirá con la profundidad del barreno. Es un sistema que conceptualmente es similar al barrenado manual, donde un operario golpea con una maza la cabeza de una barrena.
Se pueden distinguir los martillos manuales de las perforadoras de martillo en cabeza propiamente dichas. Los primeros son equipos sencillos, actualmente en desuso salvo en demoliciones o perforaciones de pequeña sección no mecanizable. Los segundos son equipos pesados que, en consecuencia, precisan de su montaje en chasis especiales.
Perforación manual con martillo en cabeza. www. codelcoeduca.cl
Las perforadoras con martillo en cabeza pueden accionarse mediante martillos neumáticos y martillos hidráulicos. El desarrollo de los martillos hidráulicos en los años sesenta y comienzos de los setenta supuso un gran avance tecnológico en la perforación de rocas.
Tanto las perforadoras neumáticas como las hidráulicas constan de los siguientes elementos:
Un cilindro que con su movimiento alternativo golpea el extremo de una barrena
Un mecanismo de rotación incorporado al pistón (barra rifle o rueda trinquete) o independiente de éste (motor de rotación)
Un sistema que permite el barrido del barreno mediante una aguja de barrido que atraviesa el pistón o bien por medio de la inyección del fluido de barrido lateralmente en la cabeza frontal de la perforadora
Perforadoras neumáticas
El accionamiento de estas perforadoras es mediante aire comprimido, con una misma presión tanto para el mecanismo de impacto como para el aire de barrido. Son perforadoras que se han empleado de forma tradicional para barrenos de menos de 150 mm de diámetro. Su peso y tamaño son menores que el de las perforadoras hidráulicas. Presentan un consumo de aire de unos 2,1-2,8 m3/min por cada centímetro de diámetro, la velocidad de rotación es de 40-400 rpm y la carrera del pistón de 35-95 mm.
La rotación del varillaje puede realizarse mediante:
Barra estriada o rueda de trinquete: Muy generalizado en perforadoras ligeras
Motor independiente: Barrenos de gran diámetro
Las longitudes de perforación con este sistema no superan habitualmente los 30 m debido a las importantes pérdidas de energía debidas a las transmisión de la onda de choque y a las desviaciones de los barrenos. Lo normal es utilizar barrenos cortos, con longitudes entre 2 y 15 m y el empleo de diámetros pequeños, entre 38 y 100 mm. Además, a medida que aumenta la longitud del barreno, se precisa de una mayor presión de aire de barrido.
Entre las ventajas de las perforadoras neumáticas cabe destacar las siguientes:
Gran simplicidad
Fiabilidad y bajo mantenimiento
Facilidad de reparación
Precios de adquisición bajos
Perforadoras hidráulicas
Estos equipos se introdujeron al principio en los trabajos subterráneos, pero poco a poco, se están imponiendo en la perforación en superficie. Estructuralmente la perforadora hidráulica es similar a la neumática, aunque el accionamiento se realiza mediante un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que impulsa los componentes. Además, estas unidades van equipadas con un compresor cuya función es suministrar aire para el barrido del detritus, pudiéndose incrementar la presión del aire con la profundidad del barreno. La presión de trabajo de estos equipos ronda entre 7,5 y 25 MPa, la potencia de impacto entre 6 y 20 kW y la velocidad de rotación entre 0 y 500 rpm. Aquí el consumo relativo de aire comprimido es menor, entre 0,6 y 0,9 m3/min por cada centímetro de diámetro.
Martillo hidráulico. www.codelcoeduca.cl
Respecto a las neumáticas, necesitan de una mayor inversión inicial, siendo las reparaciones más complejas y costosas, y requiriendo una mejor organización y formación del personal de mantenimiento. En cambio, las ventajas tecnológicas de las perforadoras hidráulicas son las siguientes:
Menor consumo de energía: tres veces menos
Menor coste de accesorios de perforación: incremento del 20% de la vida útil del varillaje
Mayor capacidad de perforación: velocidades de penetración entre un 50 y un 100% mayores
Mejores condiciones ambientales: más limpios y silenciosos
Mayor elasticidad en la operación: posibilidad de variar la presión de accionamiento, la energía y la frecuencia de golpeo
Mayor facilidad para la automatización: cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.
A continuación os dejo un vídeo de un equipo de perforación de barrenos largos para galerías medianas a grandes en el rango de diámetros de 51 a 89 mm. Puede perforar barrenos paralelos ascendentes y descendentes con una separación de hasta 6,4 m. Está equipado con un martillo en cabeza de alto rendimiento, lo que proporciona una solución de alta precisión para la perforación de barrenos largos. Espero que os guste.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
carro para martillo en fondo semihidráulico AirROC D45 SH. www.altlascopco.com.mx
La perforación con martillo en fondo (D.T.H. down the hole), desarrollada por Stenuick en 1951, se basa en que un martillo golpea directamente la boca en el fondo de la perforación. De esta forma se evita la pérdida de energía transmitida por la percusión del pistón a través del varillaje (a partir de 15-20 m, los martillos en cabeza dejan de ser efectivos). Hoy se pueden alcanzar profundidades superiores a los 100 m con rendimientos de 60 a 100 m/turno. El martillo en fondo y la boca forman una unidad integrada dentro del barreno. Esto garantiza una velocidad de perforación bastante homogénea con el aumento de la profundidad del taladro, aunque es normal que disminuya la velocidad al reducirse la velocidad de barrido con la profundidad. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica.
El martillo DTH consta de un cilindro cuya longitud es función de la carrera del pistón y de diámetro acorde con el diámetro de perforación. En el extremo de este cilindro se aloja la boca de perforación, alojada en un portabocas. El varillaje se sustituye por un tubo hueco que conecta el martillo con el equipo y que se encarga de transmitir el par de rotación y la fuerza de avance. Los barrenos perforados con martillo en fondo acusan mínimas desviaciones, consiguiendo buenos resultados en rocas muy fracturadas. El varillaje, compuesto por tubos de igual diámetro en toda la longitud, no tiene acoplamientos que puedan atascar la perforación. La rotación la realiza un motor neumático o hidráulico montado en el carro, al igual que el sistema de avance. El aire de escape limpia el detritus y lo transporta al exterior.
El campo de aplicación del martillo DTH son las rocas de resistencia a compresión media-alta (60-100 MPa), utilizando como diámetros más frecuentes los comprendidos entre 85 y 200 mm, aunque podrían ampliarse a diámetros mayores entrando en competencia con los sistemas rotopercutivos hidráulicos con martillo en cabeza. La velocidad de penetración de estos martillos, para diámetros entre 105 y 165 mm, es de 0,5 a 0,6 m/min, con presiones de trabajo entre 1800 kPa y 2000 kPa. La frecuencia de golpeo oscila entre 600 y 1600 golpes por minuto. En cuanto al empuje, son necesarios unos 85 kg por cada cm de diámetro. Para hacerse una idea, con diámetros de 125 mm podemos obtener el doble de potencia que con un diámetro de 100 mm, a igualdad de presión y carrera de pistón.
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Hoy en día, el sistema DTH, en el rango de 76 a 125 mm, se está sustituyendo por la perforación con martillo hidráulico en cabeza.
Las ventajas de la perforación con martillo DTH, frente a otros sistemas son:
Velocidad de penetración prácticamente constante con el aumento de la profundidad de perforación
Salvo en rocas muy abrasivas, desgastes de las bocas menores que con martillo en cabeza
Vida más larga de los tubos que de las varillas y manguitos de los martillos en cabeza
Desviaciones pequeñas de los barrenos, por lo que son adecuados para profundidades largas
Menor energía de impacto y más frecuencia, lo cual es apto para macizos muy fracturados o desfavorables
Par y velocidad de rotación menor que otros métodos
No necesitan barras de carga, lo cual permite pequeños carros de perforación para barrenos de gran diámetro y profundidad
Menor coste por metro lineal que con perforación rotativa en diámetros grandes y rocas muy duras
Consumo de aire comprimido más bajo que con martillo en cabeza neumático
Nivel de ruido inferior al estar el martillo dentro de la perforación.
En cuanto a los inconvenientes de este sistema:
Velocidades de penetración bajas
Cada martillo está diseñado para una gama de diámetros muy estrecha que oscila en unos 12 mm
El diámetro más pequeño está limitado por las dimensiones del martillo para un rendimiento aceptable (unos 76 mm)
El costo de un martillo de fondo es muy elevado frente a la pequeña inversión de un tren de varillaje
Riesgo de pérdida del martillo en el interior de la perforación
Se necesitan compresores de alta presión con elevados consumos energéticos.
Os dejo a continuación algunos vídeos de este sistema de perforación. El este primero vemos una máquina perforadora neumática Stenuick modelo MD25-60 con motor de rotación Stenuick mod F574, martillo del fondo de 2″, broca de carburo de tungsteno de 2 ¾ ” y 3″ y tubos de perforación de 60 mm de diámetro por 2 m.
En este vemos una perforación de anclajes con martillo de fondo para la estabilización de un talud en roca meteorizada de basalto.
En este otro se puede ver una perforación con DTH a través de estructuras geotécnicas para la ejecución de inyecciones de contacto en una estructura subterránea.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
Existen dos posibilidades a la hora de realizar una perforación a rotación: la rotación con circulación directa y la rotación con circulación inversa. La diferencia entre ambas estriba en el sentido de circulación del fluido de perforación. En la circulación inversa, objeto de este post, el fluido de perforación y el detritus se eleva a la superficie por el interior del varillaje hasta una balsa de lodos. En este depósito, el lodo se recupera para volver a introducirlo en la perforación por el espacio anular comprendido entre el varillaje y la perforación. La principal diferencia entre los equipos de rotación directa o los de rotación inversa es que, mientras los primeros utilizan una bomba de lodos, los segundos utilizan un compresor, que generalmente suele llevar su propio motor. En ambos casos, estos elementos suelen ir montados sobre el propio chasis de la máquina, aunque a veces, debido al tamaño de los compresores suelen ir en remolques independientes.
Este sentido inverso de circulación es adecuado cuando el diámetro de la perforación es elevado (un diámetro habitual de trabajo es de 600 mm, pudiendo ser mayor). El método de perforación por Circulación Inversa depende del potencial del agua para contener las paredes de la perforación, precisando un mínimo de 3 metros de columna desde el fondo de la perforación. Ante suelos de alta transmisividad, igualmente puede ser requerido un elevado ratio de bombeo de fluido de perforación, dadas las perdidas, o bien se puede necesitar algún aditivo para impermeabilizar las paredes de la perforación, que posteriormente deberá ser eliminado mediante el debido desarrollo.
Para entender mejor este sistema, os dejo a continuación un vídeo explicativo que espero os guste.
Jumbo es el nombre que recibe una unidad de perforación equipada con uno o varios martillos perforadores sobre brazos hidráulicos giratorios de control automático donde puede montarse un martillo de perforación o una cesta donde pueden alojarse uno o dos operarios y que permite el acceso a cualquier parte del frente. Es una máquina diseñada para realizar labores subterráneas de forma rápida y automatizada: avance de túneles y galerías, bulonaje y perforación transversal, banqueo con barrenos horizontales y minería por corte y relleno, entre otras.
Con diverso peso y dimensiones, el mecanismo de traslación de los jumbos normalmente es autopropulsado por un tractor montado sobre neumáticos, cadenas o carriles, aunque existen modelos remolcados. Cuando trabajan se estacionan y su accionamiento es eléctrico, aunque pueden disponer de un motor diésel para el desplazamiento.
Los martillos perforadores son hidráulicos para conseguir mayores potencias que los neumáticos, funcionando a rotopercusión: la barrena gira continuamente ejerciendo a la vez un impacto sobre el fondo del taladro. Se precisa un aporte de agua para arrastrar los detritus y refrigerar la boca de perforación.
Con esta máquina se pueden alcanzar rendimientos que superan los 3,5 m/min de velocidad instantánea de perforación. Además, están computerizados, de forma que se automatiza la dirección de los taladros, el impacto y la velocidad de los martillos, e incluso la secuencia y disposición de los taladros. En pocas horas, un sólo operario puede perforar la pega completa del frente del túnel.
A continuación os dejo varios vídeos donde podemos ver esta máquina de perforación en funcionamiento. El primero es de un jumbo AMV con 3 brazos para perforación y un brazo con canastillo.
El segúndo vídeo nos muestra un jumbo Sandvik DD420.
La perforación a rotopercusión es el sistema clásico de perforación de barrenos que aparece con el desarrollo industrial del siglo XIX. Este sistema, junto con la invención de la dinamita, constituyen dos hitos en el desarrollo del arranque de rocas en minería y obras civiles. Este tipo de perforadoras se usan tanto en obras públicas subterráneas como en minas o explotaciones a cielo abierto: túneles, carreteras, cavernas de centrales hidráulicas, etc.
El principio de perforación de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero llamada pistón, sobre un útil, que a su vez transmite la energía al fondo del barreno, por medio de un elemento final denominado boca o bit. Este sistema de perforación suele usarse en terrenos muy duros y semiduros.
Las acciones básicas que tienen lugar sobre el sistema de transmisión de energía hasta la boca de perforación son las siguientes:
La percusión: los impactos producidos por el golpe del pistón originan unas ondas de choque se que transmiten a la boca a través del varillaje
La rotación: se hace girar la boca para cambiar la zona de impacto
El empuje: para mantener en contacto la roca con la boca
El barrido: donde el fluido permite extraer el detritus del fondo del barreno
Dependiendo del lugar donde esté instalado el martillo, las perforadoras a rotopercusión se clasifican en:
Perforadoras con martillo en cabeza, que a su vez pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico. Aquí la rotación y la percusión se producen fuera del barreno, transmitiéndose a través de una espiga y del varillaje hasta la boca de perforación.
Perforadoras con martillo en fondo, en inglés Down the Hole (D.T.H.), donde la acción del pistón se lleva a cabo de una forma neumática y la acción de rotación puede ser tanto de tipo hidráulico como neumático. En ese caso la percusión se realiza directamente sobre la boca de perforación, mientras que la rotación se efectúa en el exterior del barreno.
Las gamas más habituales de diámetros utilizados con estas perforadoras dependen del campo de aplicación, según se puede ver en la tabla siguiente:
Tipo de perforadora
Diámetro de perforación (mm)
Cielo abierto
Subterráneo
Martillo en cabeza
50 – 127
38 – 65
Martillo en fondo
75 – 200
100 – 165
En los martillos manuales, la rotación se transmite a través del buje de rotación del martillo y se acciona por el propio mecanismo del pistón, en función de los impactos: a menor número de impactos, debe corresponder un menor par de rotación.
En los equipos de perforación pesados, la rotación se acciona a través de un motor independiente, lo que permite actuar bien sobre la rotación, bien sobre la percusión, según los condicionantes del terreno.
Como ventajas de la perforación rotopercutiva se pueden señalar las siguientes:
Su aplicación a todo tipo de rocas, blandas o duras
Amplia disponibilidad de diámetros
Versatilidad en los equipos y gran movilidad
Se maneja con un solo operario
Rapidez y accesibilidad en el mantenimiento de los equipos
Precio de adquisición no muy elevado
En el vídeo que os muestro a continuación, podéis ver cómo golpea una perforadora con martillo de fondo. Espero que os guste.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
Tricono de dientes para formación blanda. Wikipedia
Trépano es la herramienta de corte localizado en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria. Actualmente los trépanos más utilizados son los trépanos triturantes o triconos. Esta herramienta apareció en 1910, sin embargo su utilización masiva se introdujo cuando se perfeccionaron los equipos de rotación en la década de los 60. Este tipo de perforación al principio se utilizó al principio en rocas blandas o de poca resistencia, pero actualmente estos sistemas ya son competitivos en rocas duras. Con este sistema de perforación se alcanzan buenos rendimientos, del orden de 60-100 m/turno, en profundidades de hasta 200 m. Se utiliza en ingeniería civil con diámetros entre 100 y 300 mm. Sin embargo, estos límites se superan, por ejemplo en perforaciones petrolíferas, donde en España se han superado los 4500 m de profundidad.
El principio de perforación se basa en dos acciones combinadas:
Indentación: Los dientes o insertos penetran en la roca debido al empuje sobre la boca. Este mecanismo tritura la roca.
Corte: La roca se fragmenta debido al movimiento lateral de desgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno.
La fuerza de avance se produce al introducir los botones del tricono en la roca. Este empuje se transmite al varillaje mediante una cadena de accionamiento hidráulico. La magnitud del empuje no debe sobrepasar cierto umbral para evitar el agarrotamiento del trépano sobre la roca y otro tipo de fallos. La limpieza de la perforación se realiza mediante un fluido, generalmente lodo, aunque en ocasiones se usa agua o aire comprimido, que se inyecta por el interior de la columna de barras hacia el fondo del barreno. Este caudal, aparte de barrer el detritus, permite la refrigeración y lubricación de los rodamientos del tricono.
La velocidad de penetración de este sistema depende de la dureza o resistencia de la roca y de las variables de operación, que son las siguientes:
Velocidad de rotación
Fuerza de empuje
Diámetro de la perforación
Velocidad y caudal del aire de barrido
Desgaste de los trépanos
Tricono de insertos. http://www.atitrade.cl/
Se pueden distinguir dos tipos de triconos: de dientes y de insertos de carburo de tungsteno. Los triconos de dientes tienen un coste económico menor, aproximadamente una quinta parte menos que los de insertos. Sin embargo éstos últimos presentan claras ventajas:
Mantienen la velocidad de penetración durante la vida útil
Requieren menos empuje para una determinada velocidad de penetración
Necesitan menos par, disminuyendo las tensiones sobre los motores de rotación
Reducen las vibraciones, con menos fatiga sobre la perforadora y el varillaje
Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra
Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de bocas y menores daños en las roscas.
Os dejo a continuación algunos vídeos sobre triconos que espero os sean útiles.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
Las inyecciones de fracturación (también llamadas hidrofisuración, hidro-fracturación, hidrojacking o claquage), son inyecciones de lechada de cemento a media/alta presión que rompen el terreno, produciendo la densificación y rigidización del terreno, creando una red estructuradora del terreno. Se introduce un material de baja viscosidad que busca la rotura del terreno para la posterior introducción de la lechada de pronto fraguado para reestructurarle. El tipo de lechada o mortero a emplear, así como los aditivos y dosificaciones dependerán tanto del tipo de inyección que vayamos a realizar como del resultado que estemos buscando con la intervención.
La técnica se realiza mediante la inyección con un tubo-manguito, inyectándose pequeños volúmenes en cada fase. El producto de inyección no es capaz de penetrar en los poros del terreno, sino que se introduce por las fisuras que se van creando por efecto de la presión. Se crean lentejones del material inyectado, que recomprimen transversalmente el terreno. Al crear una nueva estructura de terreno reforzado se consigue un doble efecto de densificación y rigidización. Esto se debe a que el suelo queda cosido por la red de fracturas cementadas inducidas en el mismo.
Esta técnica suele utilizase en las inyecciones de compensación, utilizadas éstas para controlar los movimientos que puedan generar las obras subterráneas sobre edificios en superficie. Asimismo, se suele utilizar para conseguir una mejora de las características resistentes del terreno ya que se densifica éste y se generan unas ramificaciones de material resistente a modo de “armado” del terreno.
Las fases características de este tipo de inyección son las siguientes:
Instalación del tubo manguito e inyección de la vaina: El tubo manguito se coloca en la perforación efectuada, rellenando con una mezcla de bentonita-cemento, el espacio anular entre la pared del sondeo y el tubo manguito.
Fracturación del suelo: Para permitir la inyección de la suspensión se inserta en un obturador doble, que independiza cada uno de los manguitos durante su inyección.
Inyección múltiple: Los manguitos pueden inyectarse una o varias veces, de acuerdo con los requisitos técnicos. El volumen de lechada, la presión máxima de inyección y, en el caso de una inyección repetitiva, la velocidad de inyección, se mantiene de acuerdo con las instrucciones. Los tubos manguitos pueden reutilizarse.
Os paso un vídeo de la empresa HAYWARD BAKER que espero os guste.
El Jet-Grouting es un proceso que consiste en la desagregación del suelo (o roca poco compacta), mezclándolo, y parcialmente sustituyéndolo, por un agente cementante (normalmente cemento). La desagregación se consigue mediante un fluido con alta energía, que puede incluir el propio agente cementante. Esta técnica de alta presión consigue desagregar el suelo o la roca poco compacta, mezclándolo y sustituyéndolo por cemento, así se van llenando huecos y discontinuidades. Básicamente se expulsan chorros de lechada de cemento (grout) a través de unas toberas a velocidades muy altas, logrando así la rotura del terreno y su íntima mezcla con el mismo. La técnica del Jet-Grouting tiene múltiples aplicaciones (mejora del terreno, impermeabilización, túneles, etc.), siendo el fluido de perforación también variable (cemento, bentonita, mezclas químicas, etc.)
Os paso varios vídeos al respecto, empezando por una animación sobre del Jet grouting de triple fluido:
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.
El principio de dejar caer grandes pesos sobre la superficie del suelo para mejorarlo en profundidad se ha empleado desde tiempos muy antiguos. Menard y Broise (1976) hacen referencia a dibujos muy antiguos que sugieren que la técnica se podría haber empleado en China desde hace centurias. Los romanos también la emplearon en sus construcciones. En los Estados Unidos se empleó un antiguo cañón para compactar ya en el año 1871 (Lundwall, 1968). También en la antigua Unión Soviética se empleó este método para compactar loess con buenos resultados, si bien con pesos y alturas de caída mucho menores a las actuales (Faraco, 1980). En los años 40 se empleó este procedimiento constructivo en la construcción de un aeropuerto en China y un área portuaria en Dublín. Sin embargo la técnica actual se puede fechar en 1970, cuando 
Una forma interesante de reforzar un suelo es mediante el empleo de geotextiles. Con este sistema se puede construir de forma económica y sencilla un muro de contención con el propio suelo. Los únicos inconvenientes es que son muy flexibles, el propio geotextil puede formar una capa débil que facilite el deslizamiento y hay que tener ciertas precauciones con la descomposición del geotextil debido a la luz solar.
La compactación dinámica rápida (rapid impact compaction) constituye una técnica de mejora del terreno que se logra mediante la densificación provocada por la aplicación repetida, en puntos convenientemente espaciados de la superficie del mismo, de impactos de gran energía. Se trata de generar golpes mediante un elevador hidráulico con pesos de 7 a 16 toneladas que se dejan caer desde una pequeña altura de 1-2 metros. Estos impactos se realizan dejando caer una pesada maza, sobre una zapata en contacto con la superficie del terreno, especialmente diseñada para tal fin. Se suelen dar entre 40 y 80 golpes por minuto. En condiciones adecuadas se podría compactar un espesor entre 4 y 7 metros de profundidad. Normalmente se dan entre 40 y 60 golpes por punto en mallas de 2 a 3 m de lado. Os dejo unos vídeos explicativos que espero que os gusten.
