PERNOS DE ANCLAJE

DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICASEs 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.

FORMACIÓN DE UNA VIGA MONOLÍTICA EN ROCA FORMADA POR ESTRATOS DELGADOSSe 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.

FORMACIÓN DE UNA ZONA DE COMPRESIÓN NORMAL AL EJE DE LOS PERNOSAl 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).

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

CONSEJOS PRÁCTICOS PARA EL USO DE PERNOS DE ANCLAJELas 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:

Longitud del perno.

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.

- También se halla aplicando la fórmula: L = (S * T)/(Ae * π * d)

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 y d = Diámetro del taladro en cm.

Espaciamiento máximo entre 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.

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:

a. Tipo cuña.

b. Platina de expansión.c. Casquillo expansivo o mariposa.d. Tubo de fricción o Split set.e. Tubos inflables o Swellex.f. Cementados.g. Perfobolt.h. De inyección de resina.i. Anclaje armado o eslingas para rocas.j. Rima dowel y Dupa dowel.

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

1. 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).

2. 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.

3. 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.

SISTEMAS DE ANCLAJEa. ANCLAJE POR ADHERENCIA: 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).

b. PERNOS A BASE DE CEMENTO: 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. Es más seguro que el de resina, ya que una vez mezclados el cemento con el agua, el proceso de hidratación no depende del método operativo. Por otro lado, en terrenos de mala calidad, el hecho de introducir el perno a percusión, hace que el anclaje sea de mayor calidad que con resina.

Perfobolt :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.

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.

ANCLAJE POR FRICCIÓN

CON ELEVADA PRESIÓN DE CONTACTO

Pernos con casquillo expansivo o Nuez de expansión : 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.

CON BAJA PRESIÓN DE CONTACTO

Tubo estabilizador de roca por fricción, Tubo ranurado de fricción, Split set .Fue inventado y patentado por INGERSOLL RAND de EE. UU. Es un tubo de acero de alta resistencia de 60,000 lb/pulg2, y resistencia a la ruptura de 75,000 lb/pulg2, de 4 a 6 pies de longitud, 1 1/2" de diámetro (38 mm), con ranura de 1/2" ( 13 mm) en toda su longitud.