BRPI0410171B1 - anchoring bolting method and device - Google Patents
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Abstract
Description
Esta invenção refere-se a um método e a um dispositivo para aparafusamento de ancoragem de acordo com os preâmbulos das reivindicações 1 e 11, respectivamente.This invention relates to a method and a device for anchoring bolting according to the preambles of claims 1 and 11, respectively.
Parafusos de cabos pré-tensionados para pós-cimentar são instalados pela fixação do parafuso com calda de cimento em um furo de sondagem na rocha a ser reforçada. Desse modo, concreto de cimento ou qualquer outro agente aglutinante é usado como cimento.Pre-tensioned cable screws for post-cement are installed by fixing the screw with cement grout in a borehole in the rock to be reinforced. In this way, cement concrete or any other binding agent is used as cement.
Após a injeção do agente de ligação, este deve ser deixado endurecer, por meio do que o parafuso tem que ser deixado sem carga durante o período de endurecimento. Após o endurecimento, uma chapa superficial é montada contra a face da rocha, por meio do que o parafuso é pré-tensionado através de meios de parafuso ou equivalentes.After the injection of the bonding agent, it must be allowed to harden, whereby the screw must be left unloaded during the hardening period. After hardening, a superficial plate is mounted against the rock face, whereby the screw is pre-tensioned by means of screw or equivalent.
Devido à natureza da instalação, a pré-tensão só ocorrerá ao longo de parte do fio que é puxada livre do agente de ligação. O comprimento da parte sendo puxada livre de agente de ligação é indefinido, o que é um problema em relação à segurança do prendedor.Due to the nature of the installation, the pre-tension will only occur along part of the wire that is pulled free of the bonding agent. The length of the part being pulled free of bonding agent is undefined, which is a problem with regard to the safety of the fastener.
O documento US 3379019 revela um conector para acoplamento com uma haste de parafuso de ancoragem para isolar uma porção de um furo ocupado pelo parafuso a partir de uma carga de cimento (“grout”)injetada, o conector tem uma passagem para receber um tubo ao longo da haste.US 3379019 discloses a connector for coupling with an anchor bolt rod to isolate a portion of a hole occupied by the bolt from an injected cement load (“grout”), the connector has a passage to receive a pipe to the along the stem.
O documento US 4664561 apresenta um sistema para ancorar um parafuso tensionado em um furo no teto de uma mina ou outra localização. O parafuso é roscado de uma extremidade e tem uma cabeça na outra extremidade que transporta uma placa de apoio padrão. O parafuso é ancorado no furo através de uma resina de cimentação (“resin grouting”)e por fixação por expansão mecânica.US 4664561 discloses a system for anchoring a tensioned bolt in a hole in the ceiling of a mine or other location. The screw is threaded at one end and has a head at the other end that carries a standard backing plate. The screw is anchored in the hole using a resin grouting and mechanical expansion fixation.
Resumidamente, o método conhecido de instalação de parafusos de cabos é um demorado e não um procedimento totalmente impedido, uma vez que a instalação deve ser feita em diversas etapas com períodos de espera intermediários.In short, the known method of installing cable screws is a lengthy one and not a totally hindered procedure, since the installation must be done in several stages with intermediate waiting periods.
O fato também do parafuso não poder ser usado antes do endurecimento do agente aglutinante é uma considerável desvantagem em muitos casos. De acordo com o acima, a resistência do parafuso completamente instalado também pode ser questionada.The fact that the screw cannot be used before the binding agent has hardened is a considerable disadvantage in many cases. According to the above, the resistance of the fully installed screw can also be questioned.
É um objetivo da presente invenção prover um método e um dispositivo onde os problemas da técnica anterior sejam evitados. Em particular, é provido um método e um dispositivo que leva à instalação rápida, racional, econômica e segura. Isto é obtido através de características das reivindicações 1 e 11, respectivamente.It is an object of the present invention to provide a method and a device where the problems of the prior art are avoided. In particular, a method and device is provided which leads to fast, rational, economical and safe installation. This is achieved by the characteristics of claims 1 and 11, respectively.
Desse modo, verifica-se que pré-tração pode ser aplicada ao parafuso antes de sua fixação com calda de cimento com um agente endurecível, que resulta no fato da pré-tração ser bem definida ao longo de um comprimento completo de um elemento do parafuso e o fato da segurança da instalação ser aumentada.Thus, it appears that pre-tension can be applied to the screw before fixing it with cement grout with a hardening agent, which results in the fact that the pre-tension is well defined along a complete length of a screw element. and the fact that the security of the installation is increased.
Além disso, é permitido que um parafuso de ancoragem instalado através de um método de acordo com a invenção possa ser carregado imediatamente logo após o parafuso tubular ter sido expandido de modo a ficar ancorado no furo de sondagem. Desse modo, os períodos indesejáveis de espera necessários no método de acordo com a técnica anterior são evitados e, assim é obtido um método de aparafusamento de ancoragem menos demorado e mais econômico.In addition, an anchor bolt installed using a method according to the invention is allowed to be loaded immediately after the tubular bolt has been expanded to be anchored in the borehole. In this way, the undesirable waiting periods required in the method according to the prior art are avoided and thus a less time-consuming and more economical anchoring bolting method is obtained.
Devido o canal para transmitir o mencionado agente endurecível prover meios que se abrem para comunicação com o lado externo do elemento de tacão através da pressurização até um certo nível de pressão, o mesmo canal pode ser usado para o meio de transmissão de expansão e meio endurecível. Quando o mesmo canal é usado pelo meio de transmissão para expandir o parafuso tubular, bem como, pelo meio endurecível, o mencionado nível de pressão é ajustado de modo que o canal se abra a um aumento de pressão com um certo diferencial Δ de pressão acima da pressão de expansão.Because the channel for transmitting said curable agent provides means that open for communication with the outside of the heel element by pressurizing to a certain pressure level, the same channel can be used for the expansion transmission medium and curable medium . When the same channel is used by the transmission medium to expand the tubular screw, as well as, by the hardenable medium, the mentioned pressure level is adjusted so that the channel opens to a pressure increase with a certain pressure differential Δ above expansion pressure.
É preferido que o elemento de tração seja usado para transmissão de meio para expandir o parafuso tubular, razão pela qual o elemento de tacão compreende um canal transpassante para transmissão de água pressurizada ou equivalente. Através dele também um meio endurecível é transmitido através de um canal no elemento de tração, onde, em particular, é preferido que ele seja o canal que pode se aberto através de pressurização até um certo nível de pressão que excede um certo valor de limiar predeterminado.It is preferred that the traction element is used for transmission of medium to expand the tubular screw, which is why the heel element comprises a through channel for the transmission of pressurized water or equivalent. Through it also a hardenable medium is transmitted through a channel in the tension element, where, in particular, it is preferred that it be the channel that can be opened by pressurization to a certain pressure level that exceeds a certain predetermined threshold value .
Pela provisão do elemento de tração com uma chapa de ruptura, que se rompe a um nível predeterminado de pressão, esta função é obtida de um modo simples.By providing the traction element with a rupture plate, which breaks at a predetermined level of pressure, this function is achieved in a simple way.
Em particular, a chapa de ruptura pode ser uma parte integral do material no elemento de tração, por exemplo, uma porção perfurada ou fresada tendo uma certa espessura de material remanescente, que permite o cisalhamento do material quando a mencionada pressão for atingida.In particular, the rupture plate can be an integral part of the material in the tensile element, for example, a perforated or milled portion having a certain thickness of material remaining, which allows the material to shear when said pressure is reached.
Outras vantagens são obtidas com as características das outras reivindicações independentes e as correspondentes vantagens são obtidas em um dispositivo inventivo para aparafusamento de ancoragem.Other advantages are obtained with the characteristics of the other independent claims and the corresponding advantages are obtained in an inventive device for anchoring bolting.
A invenção será descrita agora com mais detalhe nos fundamentos dos modos de realização e com referência aos desenhos anexos, nos quais:The invention will now be described in more detail in the fundamentals of the embodiments and with reference to the accompanying drawings, in which:
A Fig. 1 mostra uma vista em perspectiva desmontada de um dispositivo para aparafusamento de ancoragem de acordo com a invenção,Fig. 1 shows an exploded perspective view of an anchoring bolting device according to the invention,
A Fig. 2 mostra, parcialmente em seção, o dispositivo na Fig. 1, montado e inserido em um furo de sondagem;Fig. 2 shows, partially in section, the device in Fig. 1, assembled and inserted in a borehole;
A Fig- 3 mostra um detalhe do dispositivo na Fig. 1 e Fig. 2 com uma chapa de ruptura,Fig-3 shows a detail of the device in Fig. 1 and Fig. 2 with a rupture plate,
A Fig- 4 mostra, diagramaticamente, um bloco-diagrama de etapas incluídas em um método de acordo com a invenção,Fig- 4 shows, diagrammatically, a block diagram of steps included in a method according to the invention,
As Figs. 5 e 6 mostram diagramaticamente dispositivos alternativos de acordo com a invenção.Figs. 5 and 6 diagrammatically show alternative devices according to the invention.
Na Fig. 1, o número 1 denota geralmente um dispositivo para aparafusamento de ancoragem, incluindo a pré-tensão de um parafuso de ancoragem e com um parafuso de ancoragem tubular expansível, essencialmente do tipo descrito em US — A 4.459.067 (Atlas Copco AB).In Fig. 1, the number 1 generally denotes a device for anchoring bolting, including pre-tensioning an anchor bolt and with an expandable tubular anchor bolt, essentially of the type described in US - A 4,459,067 (Atlas Copco AB).
O parafuso tubular inclui, em geral, uma porção expansível 5 e uma porção de fixação 6, na qual pode ser fixado um elemento de tração tubular 3 incluindo uma porção interna 7 tendo uma rosca para cooperação com uma seção de tração 8, que, por sua vez, sobre um elemento de união 9 é arranjada para ser rosqueada a uma outra seção de tração 8.The tubular screw generally includes an expandable portion 5 and a fixing portion 6, to which a
De preferência, as partes incluídas no elemento de tração 3 são componente padrão, que podem ser combinados conforme desejado, por exemplo, para ajuste à profundidade de um furo de sondagem onde o dispositivo 1 pretende ser inserido.Preferably, the parts included in the
Um elemento de apoio 4, incluindo uma chapa de apoio 10 e uma porca de tração 11, que coopera com uma seção de tração externa 8, é arranjado do lado de fora de uma abertura de inserção do mencionado furo de sondagem.A
A Fig. 2 mostra o dispositivo na Fig. 1 em um estado montado e inserido em um furo de sondagem 12, que é perfurado em uma estrutura rochosa 20. O furo de sondagem 12 provê uma abertura de inserção 13, uma porção externa 14 e uma porção interna 15.Fig. 2 shows the device in Fig. 1 in an assembled state and inserted into a
A instalação de um dispositivo para aparafusamento de ancoragem é tal que todas as partes mostradas na Fig. 1 são aparafusadas de modo justo uma a outra de modo que um canal vedado seja estabelecido entre a porção expansível 5 do parafuso tubular e a extremidade externa 29 da seção de tacão mais externa 8. A vedação pode ser obtida de uma maneira particularmente conhecida através de elementos de vedação não mais descritos.The installation of a device for anchoring bolting is such that all parts shown in Fig. 1 are tightly screwed together so that a sealed channel is established between the expandable portion 5 of the tubular screw and the
A extremidade externa 29 da seção de tração mais externa 8 é, após a inserção do dispositivo no furo de sondagem 12, conectada a uma fonte de água pressurizada ou equivalente para transmitir uma pressão de, por exemplo, 300 bar, para a porção expansível 5.The
Esta porção expansível 5 será, desse modo, levada para ancoragem firme contra o interior da porção interna 15 do furo de sondagem 12 de modo que, já nesta etapa, uma considerável ancoragem do parafuso de ancoragem completo ocorra.This expandable portion 5 will thus be brought to firm anchoring against the interior of the inner portion 15 of the
Após a completa expansão, o elemento de tração consistindo das partes 7, 8 e 9 pode, agora, ser pré-tensionado, o que é feito de tal modo que a chapa de apoio 10 seja pressionada conta a face da rocha 20 ao redor da abertura de inserção 13 com a ajuda da porca de tração 11, que é apertada até um predeterminado valor de torque.After complete expansion, the traction element consisting of
Após a pré-tensão, o dispositivo é agora injetado com calda de cimento para reforçar a ancoragem, bem como, para auxílio contra corrosão, pela injeção de um meio endurecível no espaço 27 entre o elemento de tração e a parede do furo de sondagem 12.After pre-tensioning, the device is now injected with cement grout to reinforce the anchorage, as well as, to aid against corrosion, by injecting a hardening medium in the
De acordo com o modo de realização preferido mostrado na Fig. 2, isto é obtido de tal modo que o canal no interior do elemento de tração seja pressurizado com uma pressão que excede a pressão para expandir a porção expansível 5 e que é escolhida para um tal nível que uma chapa de ruptura 6, que é posicionada na parte interna 7 do elemento de tração, se rompa de modo que um canal aberto seja formado entre este canal 19 e o mencionado espaço 7.According to the preferred embodiment shown in Fig. 2, this is achieved in such a way that the channel inside the tension element is pressurized with a pressure that exceeds the pressure to expand the expandable portion 5 and that is chosen for a such a level that a rupture plate 6, which is positioned in the
Por conseguinte, o dispositivo é conectado por sua porção final 29 a uma bomba de cimento ou qualquer outra fonte de meio endurecível adequado.Accordingly, the device is connected by its
A Fig. 3 mostra um detalhe de uma porção interna 7 de um elemento de tração com uma chapa de ruptura 16, que, neste caso, é integrada no material da porção 7 de modo que uma operação de fresagem 17 tem sido feita de modo que a porção circundante 18 da chapa de ruptura 6 proveja uma espessura de material que pode ser cisalhada a um certo nível de pressurização.Fig. 3 shows a detail of an
O método de aparafusamento de ancoragem de acordo com a invenção pode ser resumido com referência à Fig. 4, na qual: a posição 21 denota o início da seqüência, a posição 22 se refere aa montagem de um dispositivo para aparafusamento de ancoragem e sua inserção em um furo de sondagem, a posição 23 se refere à expansão de um parafuso tubular, a posição 24 se refere à pré-tensão de um elemento de tração, a posição 25 à injeção de material endurecível, e a posição 26 ao fim da seqüência.The anchoring bolting method according to the invention can be summarized with reference to Fig. 4, in which: position 21 denotes the beginning of the sequence,
A invenção pode ser modificada dentro do escopo das reivindicações a seguir e, como exemplo, um dispositivo para aparafusamento de ancoragem pode ser usado, onde o meio para expandir o parafuso tubular, bem como, o meio endurecível é transmitido de outro modo além de através do elemento de tração, por exemplo, através de elemento separado inserido e removível (28 na Fig. 5), onde, neste caso, o elemento de tração pode ser feito homogêneo.The invention can be modified within the scope of the following claims and, as an example, a device for anchoring bolting can be used, where the means for expanding the tubular screw, as well as, the hardenable medium is transmitted in another way besides through of the traction element, for example, through a separate inserted and removable element (28 in Fig. 5), where, in this case, the traction element can be made homogeneous.
A placa de ruptura pode ser um elemento separado inserido no interior do elemento de tacão e também outro meio para estabelecer um canal para transmitir o meio endurecível pode ser usado, por exemplo, um elemento 5 tendo uma função de válvula pode ser usado. Um outro exemplo é o uso de um pino de ruptura que é cisalhado a uma certa pressão e fixar um elemento de válvula potencialmente móvel.The rupture plate can be a separate element inserted into the heel element and also another means for establishing a channel for transmitting the curable medium can be used, for example, an element 5 having a valve function can be used. Another example is the use of a rupture pin that is sheared at a certain pressure and attaches a potentially movable valve element.
Como uma alternativa, o elemento de tração, como um exemplo, pode ser ancorado de um modo mostrado na Fig. 6, através do 10 grampeamento de um elemento de tração 29 entre um parafuso expansível 2 e a parede do furo de sondagem, onde o elemento de tração, neste caso, pode ser formado de um cabo, que pode, então, ser pré-tracionado e ancorado e ser protegido contra corrosão através da injeção de cimento ou de qualquer outro agente aglutinante de acordo com o acima.As an alternative, the drive element, as an example, can be anchored in the manner shown in Fig. 6, by stapling a
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