PERNOS DE ANCLAJE

AUTOR: S

PERNOS DE ROCA, PERNOS DE ANCLAJE

DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS

Es un tipo de sostenimiento activo que consiste en anclar en el interior del taladro una barra de fierro corrugado, tubo, cable, etc. Que aporta una resistencia a la tracción, confinado 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.

Su aplicación en minería se basa en las siguientes hipótesis:

DEDICATORIAAl esfuerzo de nuestros padres por sacrificarse cada día para ser mejores, y a los seres queridos que me rodean y me brindan su apoyo incondicional.

1.- FORMACIÓN DE UNA VIGA MONOLÍTICA EN ROCA FORMADA POR ESTRATOS DELGADOS

Se aplica a aberturas tabulares horizontales, es decir a techos formados por capas sedimentarias paralelas a la cara libre de la abertura (minería de carbón, depósitos manteados) en que las capas se comportan como vigas que fallan a la flexión por su propio peso y por los esfuerzos horizontales.

La presencia de esfuerzos al corte produce el descascaramiento de la roca en lajas y la caída de ésta. Al caer una laja le quita el sostén a la inmediata interior la cual desarrolla un pequeño desplazamiento; este desplazamiento crea una abertura en donde el aire y/o humedad fomentan la destrucción de la unión intermolecular con una consecuente segunda caída de roca. El ciclo continua hasta provocar un derrumbe total.

El empernado perpendicular o casi perpendicular a estas capas restringe los esfuerzos al corte mediante el aumento de la fricción entre capas y la resistencia al corte de los propios pernos, permitiendo que las capas se comporten como una viga monolítica de espesor igual a la longitud del perno. Aumenta la resistencia a ambos esfuerzos de 5 a 10 veces (madera empernada, 3 a 4 veces).

2.- FORMACIÓN DE UNA ZONA DE COMPRESIÓN NORMAL AL EJE DE LOS PERNOS

Al empernar la cara libre de la roca, el perno se tensiona ocasionando la aplicación de 2 fuerzas colineales iguales y opuestas: una en la plancha en la cara exterior y otra en el anclaje de la barra (tope interior del taladro).

Estas fuerzas causan una presión en la roca entre ellas. Si se colocan otros pernos perpendiculares a la cara de modo que las áreas de compresión se superponen, se creará una franja de compresión continua que trabajará como una bóveda soportando cargas verticales y horizontales.

El espesor de la capa de compresión se puede diseñar variando la tensión en el perno, la longitud del perno y la luz entre pernos.

En los espacios semitriangulares delimitados por dos curvas y la cara libre, permanecerán esfuerzos tensores los mismos que en muchos casos requieren algún tipo de sostenimiento (perfiles de fierro, malla de alambre de eslabones o electro-soldados, malla con shotcrete, etc.).

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.

TIPOS DE PERNOS DE ROCA:

Generalmente los pernos de roca se agrupan de acuerdo a si trabajan por fricción o por adhesión.

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

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

En el mercado, existen los siguientes pernos de roca:

- Tipo cuña.

- Platina de expansión.

- Casquillo expansivo o mariposa.

- Tubo de fricción o Split set.

- Tubos inflables o Swellex.

- Cementados.

- Perfobolt.

- De inyección de resina.

- Anclaje armado o eslingas para rocas.

- Rima dowel y Dupa dowel.

PROCEDIMIENTO DE INSTALACI ÓN :

En la instalación de los pernos de roca se realizan 3 operaciones:

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 (patero, seguidor y pasador).

Cuando se perforan con brocas con insertos de 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).

INTRODUCCIÓN Y PERCUSIÓN DEL PERNO

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.

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). Para ajustar la tuerca a un torque determinado se pueden emplear 3 máquinas diferentes:

1.- Llave de torsión manual.

2.- Máquinas de torsión neumática o hidráulica.

3.- Perforadoras.

Con una presión de aire comprimido de 85 psi 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.

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.

b) Tipo de roca

c) Cargas repetidas

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

SISTEMAS DE ANCLAJE

1.- ANCLAJE POR ADHERENCIA

Pernos 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).

ETAPAS DE LA OPERACIÓN:

Perforación: Taladros de 5 a 6 pies de longitud, 6 a 7 tal por fila.

Preparación de la Mezcla -Materiales-

- Arena fina, malla 1/8" cemento Portland 1:1.

- Agua, en cantidad tal que la mezcla no rebalse cuando se pone en los canastillos y cuando se introduce en taladros verticales.

- Aditivos, Interplast C que produce una expansión controlada, un alto poder de retención de agua y un incremento en la fluidez de la mezcla. La cantidad de aditivo es 1 libra por 50 libras de cemento.

- Canastillas con agujeros de 1/4 a 3/8" que sirven para contener e introducir la mezcla en el taladro. Es importante que el diámetro del taladro, diámetro de la canastilla y diámetro de la varilla guarden una proporción a fin de asegurar una cantidad suficiente de mezcla y obtener una buena ligazón a lo largo de toda la longitud del mortero.

- Varilla de fierro corrugado con punta a un extremo y rosca en el otro.

Rellenar los canastillas totalmente con la mezcla unirlos con alambres de amarre o pita de yute en 3 sitios (extremos y centro). Introducción de la canastilla en el taladro que previamente ha sido limpiado con una cucharilla; esta introducción es manual procurando, se deslice el mortero. Introducción de la varilla o perno, tan pronto se haya introducido la canastilla en el taladro, en el mortero se introduce la varilla por la punta hasta que queda 3" de la rosca fuera del taladro. Esta operación hace que la mezcla fluya por los agujeros hacia las paredes del taladro, que finalmente adherirán la varilla al taladro. Instalación de los platos de sujeción y tuercas y tensionado de la varilla. Después de 48 horas como mínimo puede crear esfuerzos de tensión-compresión, es decir formando la faja de comprensión continúa descrito.

2.- ANCLAJE POR FRICCIÓN

CON ELEVADA PRESIÓN DE CONTACTO

Pernos con casquillo expansivo o Nuez de expansión (Fig. 8).- El cabezal roscado del perno se atornilla a una cuña (o tarugo) con rosca interior; 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. Se usan en todo tipo de rocas. Puede cementarse con el auxilio de tubos.

Se construyen en diámetros de 5/8", 3/4" y 7/8", el perno de 3/4 tiene una resistencia mínima a la ruptura de 22,500 lbs. 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.

CONCLUSION

Este trabajo de investigación fue elaborado con éxito ya que pudimos estudiar la gran importancia que tiene los pernos de anclaje en un sostenimiento, conociendo sus ventajas, como la no afectación al flujo de aire circulante, reducción de costos de fortificación.