ES2297418T3 - Metodo y dispositivo para empernado de roca. - Google Patents
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Abstract
Método para empernado de roca con un dispositivo (1) para empernado de roca, en el cual se inserta y expande un perno tubular (2) de sección transversal cerrada mediante la aplicación de un medio de presión hacia su interior para anclarse dentro de una perforación (12), la cual tiene una porción interior (15) y una porción exterior (14) así como una abertura de entrada (13), y en el cual se expande el perno tubular para hacer contacto con la porción interior de la perforación, caracterizado - porque se pretensa un elemento de tensión (3, 7, 8, 9) que está dispuesto en la porción exterior de la perforación con una parte interior (7) sujeta al perno tubular (2), - porque se inyecta un medio que puede fraguar dentro de la porción exterior de la perforación (14) entre (27) el elemento de tensión y la pared de la perforación y se le permite fraguar, y - porque un canal, que está incluido en el dispositivo (1) para el empernado de roca, para transmitir dicho medio que puede fraguar, se abre paracomunicar con la parte exterior (27) del elemento de tensión (3) mediante la aplicación de presión hasta un cierto nivel de presión.
Description
Método y dispositivo para empernado de roca.
Esta invención concierne a un método y a un
dispositivo para empernado de roca según los preámbulos de las
reivindicaciones 1 y 11 respectivamente.
Los pernos metálicos pretensados para aplicación
en rocas son instalados enlechando el perno de cable en una
perforación en la roca a ser reforzada. En este documento, se
utiliza como cemento el concreto de cemento o cualquier otro agente
de unión.
Después de la inyección del agente de unión,
debe permitirse que éste fragüe, por lo cual el perno debe dejarse
descargado durante el período de fraguado. Después del fraguado se
monta una placa de superficie contra la cara de la roca, después de
lo cual se pretensa el perno a través de medios para atornillar o
similares.
Debido a la naturaleza de la instalación, el
pretensado se producirá sólo a lo largo de la parte del cable que
se tira que está libre del agente de unión fraguado. La longitud de
la parte que se tira, libre de agente de unión, está indefinida, lo
cual es un problema respecto a la seguridad de la sujeción.
En conjunto, el método conocido de instalación
de pernos de cable es un procedimiento extenso y no completamente
impecable dado que la instalación debe hacerse en varios pasos con
períodos intermedios de espera.
También, el hecho de que el perno no pueda ser
utilizado antes del fraguado del agente de unión es una desventaja
considerable en muchos casos. Según lo anterior, también puede ser
cuestionada la resistencia del perno completo instalado.
Se hace referencia al documento US - 4459067 que
sienta una base para el preámbulo de las reivindicaciones
independientes. También se hace referencia a los documentos US -
3226004 y US - 3695045.
Es un objetivo de esta invención proporcionar un
método y un dispositivo en el cual se evitan los problemas de la
técnica anterior. En particular, se proporciona un método y un
dispositivo que conduce a una instalación rápida, racional,
económica y segura. Esto se alcanza a través de las características
de las reivindicaciones 1 y 11 respectivamente.
Mediante éste se logra que el pretensado pueda
aplicarse al perno antes del enlechado del mismo con un agente que
puede fraguar, lo cual da como resultado que esté bien definido el
pretensado a lo largo de una longitud completa de un elemento del
perno y que se aumente la seguridad de la instalación.
Además, se permite que un perno de roca
instalado mediante un método según la invención pueda ser cargado
inmediatamente después de que el perno tubular haya sido expandido
para ser anclado en la perforación. Por medio de esto, se evitan
los períodos de espera no deseados que son necesarios en el método
según la técnica anterior y en conjunto se logra un método de
empernado de roca menos extenso y más económico.
Por el canal para transmitir dicho agente que
puede fraguar, la invención proporciona medios que se abren para
comunicar con la parte exterior del elemento de tensión mediante la
aplicación de presión hasta cierto nivel de presión; el mismo canal
puede ser utilizado para transmitir un medio de expansión y un medio
que puede fraguar. Cuando se usa el mismo canal para transmitir
medios para expandir el perno tubular así como para transmitir el
medio que puede fraguar, dicho nivel de presión es fijado de forma
tal que el canal se abre con un incremento de presión con un cierto
\Delta de presión por encima de la presión de expansión.
Se prefiere que el elemento de tensión sea
utilizado para la transmisión de medios para expandir el perno
tubular, por lo cual el elemento de tensión comprende un canal
pasante para la transmisión de agua a presión o similar. Mediante
este, también el medio que puede fraguar es transmitido a través de
un canal en el elemento de tensión, en el cual, en particular se
prefiere que este sea ese canal que puede ser abierto mediante la
aplicación de presión hasta un cierto nivel de presión que excede un
cierto valor límite predeterminado.
Proporcionando el elemento de tensión con una
placa de ruptura, la cual se rompe a un nivel de presión
predeterminado, se logra esta función de una manera simple.
En particular, la placa de ruptura puede ser una
parte integral del material en el elemento de tensión, por ejemplo,
una porción sacada mediante perforación o torneado que tiene un
cierto espesor de material remanente, lo cual permite el
desprendimiento del material cuando se alcanza dicho nivel de
presión.
Se logran más ventajas con las características
de las reivindicaciones independientes adicionales y las
correspondientes ventajas se alcanzan en un dispositivo inventivo
para el empernado de rocas.
Ahora se describirá la invención junto con los
antecedentes de realizaciones y con referencia a los dibujos
anexos, en los cuales:
la Figura 1 muestra una vista en perspectiva
desmontada de un dispositivo para el empernado de rocas según la
invención,
la Figura 2 muestra, parcialmente en corte, el
dispositivo de la Figura 1, armada e insertada en una
perforación,
la Figura 3 muestra un detalle del dispositivo
de las Figuras 1 y 2 con una placa de ruptura,
la Figura 4 muestra esquemáticamente un diagrama
de bloques de los pasos incluidos en un método según la invención,
y
las Figuras 5 y 6 muestran esquemática
dispositivos alternativos según la invención.
En la Figura 1, el número 1 designa de forma
general un dispositivo para el empernado de rocas que incluye el
pretensado de un perno de roca y que tiene un perno de roca tubular
expansible, esencialmente del tipo que está descrito en el documento
US - A - 4459067 (Atlas Copco AB).
El perno tubular incluye, en general, una
porción expansible 5 y una porción de ajuste 6, a la cual se puede
fijar un elemento de tensión tubular 3 que incluye una porción
interior 7 que tiene una rosca para cooperar con la porción de
ajuste 6 y una rosca hembra para cooperar con una sección de tensión
8, que a su vez está dispuesta a través de un elemento de unión 9
para ser enroscada a una sección de tensión 8 adicional.
Preferentemente, las partes incluidas en el
elemento de tensión 3 son componentes estándares que pueden ser
combinados como se desee, por ejemplo para ajustarse a la
profundidad de una perforación dentro de la cual el dispositivo 1
está destinado a insertarse.
Un elemento de soporte 4 que incluye una placa
de soporte 10 y una tuerca de tensión 11, la cual coopera con una
sección de tensión exterior 8, está dispuesto fuera de una abertura
de inserción de dicha perforación.
La Figura 2 muestra el dispositivo de la Figura
1 en un estado montado e insertado dentro de una perforación 12, la
cual está taladrada en una estructura de roca 20. La perforación 12
proporciona una abertura de inserción 13, una porción exterior 14 y
una porción interior 15.
La instalación de un dispositivo para el
empernado de rocas es tal que todas las partes mostradas en la
Figura 1 son atornilladas herméticamente entre sí de forma tal que
se establece un canal estanco entre la porción expansible 5 del
perno tubular y el extremo exterior 29 de la sección de tensión 8
más externa. La hermeticidad puede lograrse de una manera conocida
per se a través de elementos de estanqueidad no descritos
adicionalmente.
El extremo exterior 29 de la sección de tensión
8 más externa es conectado, después de la inserción del dispositivo
dentro de la perforación 12, a una fuente de agua a presión o
similar, para transmitir a la porción expansible 5 una presión de,
por ejemplo, 300 bar.
De este modo, se conducirá a esta porción
expansible 5 a anclarse de forma firme contra el interior de la
porción interior 15 de la perforación 12, de forma tal que ya en
esta etapa se producirá un anclaje considerable del perno de roca
completo.
Después de completada la expansión, el elemento
de tensión consistente en las partes 7, 8 y 9 puede ser ahora
pretensado, lo cual se hace de forma tal que la placa de soporte 10
es presionada contra la cara de la roca 20 alrededor de la abertura
de inserción 13 con la ayuda de la tuerca de tensión 11, la cual se
aprieta hasta un valor de par de torsión predeterminado.
Después del pretensado, el dispositivo es ahora
enlechado con el fin de reforzar el anclaje así como para ayudar
contra la corrosión, inyectando un medio que puede fraguar dentro
del espacio 27 que hay entre el elemento de tensión y la pared de
la perforación 12.
Según la realización preferida mostrada en la
Figura 2, esto se logra de tal manera que el canal que está dentro
del elemento de tensión es sometido a presión con una presión que
excede la presión para expandir la porción expansible 5 y que es
elegida en un nivel tal que una placa de ruptura 16, que está
posicionada en la parte interior 7 del elemento de tensión, se
rompe de forma tal que se forma un canal abierto entre este canal 19
y dicho espacio 27.
Acto seguido, el dispositivo es conectado en su
porción de extremo 29 a una bomba de cemento o cualquier otra
fuente de un medio que puede fraguar adecuado.
La Figura 3 muestra un detalle de una porción
interior 7 de un elemento de tensión con una placa de ruptura 16,
que en este caso está integrada en el material de la porción 7 de
forma tal que se ha hecho una operación de torneado 17 tal que la
porción circundante 18 de la placa de ruptura 6 proporciona un
espesor de material que puede desprenderse a un cierto nivel de
presión.
El método de empernado de roca según la
invención puede resumirse con referencia a la Figura 4, en la
cual:
la posición 21 indica el inicio de la
secuencia,
la posición 22 concierne al montaje de un
dispositivo para el empernado de roca y a la inserción del mismo
dentro de una perforación,
la posición 23 concierne a la expansión de un
perno tubular,
la posición 24 concierne al pretensado de un
elemento de tensión,
la posición 25 indica el enlechado de un
material que puede fraguar, y
la posición 26 indica el fin de la
secuencia.
La invención puede ser modificada dentro del
alcance de las reivindicaciones siguientes, y como ejemplo puede
utilizarse un dispositivo para el empernado de rocas, en el cual el
medio para expandir el perno tubular así como el medio que puede
fraguar son transmitidos de otra manera que a través del elemento de
tensión, por ejemplo a través de un elemento separado desmontable
insertado (28 en la Figura 5), en el cual, en este caso, el elemento
de tensión puede hacerse homogéneo.
La placa de ruptura puede ser un elemento
separado insertado dentro del elemento de tensión y también pueden
utilizarse otros medios para establecer un canal para transmitir el
medio que puede fraguar, por ejemplo, puede utilizarse un elemento
que tiene una función de válvula. Un ejemplo adicional es el uso de
un pasador de seguridad que se desprende a una cierta presión y
fija un elemento de válvula potencialmente móvil.
Como una alternativa adicional, el elemento de
tensión, como ejemplo, puede ser anclado de una forma que es
mostrada en la Figura 6, mediante la sujeción de un elemento de
tensión 29 entre un perno expansible 2 y la pared de la
perforación, en la cual el elemento de tensión en ese caso puede
estar formado por un alambre, el cual después puede ser pretensado
y anclado y ser asegurado contra la corrosión mediante la inyección
de cemento o cualquier otro agente de unión, según lo anterior.
Claims (19)
1. Método para empernado de roca con un
dispositivo (1) para empernado de roca, en el cual se inserta y
expande un perno tubular (2) de sección transversal cerrada
mediante la aplicación de un medio de presión hacia su interior
para anclarse dentro de una perforación (12), la cual tiene una
porción interior (15) y una porción exterior (14) así como una
abertura de entrada (13), y en el cual se expande el perno tubular
para hacer contacto con la porción interior de la perforación,
caracterizado
- porque se pretensa un elemento de tensión (3,
7, 8, 9) que está dispuesto en la porción exterior de la perforación
con una parte interior (7) sujeta al perno tubular (2),
- porque se inyecta un medio que puede fraguar
dentro de la porción exterior de la perforación (14) entre (27) el
elemento de tensión y la pared de la perforación y se le permite
fraguar, y
- porque un canal, que está incluido en el
dispositivo (1) para el empernado de roca, para transmitir dicho
medio que puede fraguar, se abre para comunicar con la parte
exterior (27) del elemento de tensión (3) mediante la aplicación de
presión hasta un cierto nivel de presión.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque un medio para expandir el perno tubular
es transmitido a través de un canal (19) en el elemento de tensión
(3).
3. Método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho medio que puede fraguar es
transmitido a través de un canal dentro del elemento de tensión
(3).
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizado porque el canal se
abre cuando se hace romper una placa de ruptura (16) a dicho nivel
de presión.
5. Método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho medio que puede fraguar es
transmitido (30) hacia afuera del elemento de tensión (3).
6. Método según la reivindicación 5,
caracterizado porque el aire que está presente dentro de la
perforación es evacuado (31) a través de un canal en el elemento de
tensión (3) cuando se inyecta dicho medio que puede fraguar.
7. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque un medio para expandir el perno tubular
es transmitido a través de un elemento separado (28) de instalación
de un perno que está sujeto a una porción de conexión del perno
tubular (2).
8. Método según la reivindicación 7,
caracterizado porque el elemento de tensión (3) es sujetado a
dicha porción de conexión después de la expansión del perno tubular
(2).
9. Método según la reivindicaciones 1 o 2,
caracterizado porque el elemento de tensión (29) es sujetado
mediante apriete entre el perno tubular (2) y la pared de la
perforación durante la expansión del primero.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones previas, caracterizado porque el elemento de
tensión (3) es pretensado entre el perno tubular (2) y un elemento
de soporte (4) dispuesto en la abertura de entrada de la
perforación.
11. Dispositivo (1) para el empernado de roca,
que incluye un perno tubular (2) que tiene una sección transversal
cerrada para su inserción y su expansión mediante la aplicación de
un medio de presión en su interior para anclarse dentro de una
perforación (12), la cual tiene una porción interior, una porción
exterior y una abertura de inserción, caracterizado
- por un elemento de tensión (3) a ser dispuesto
en la porción exterior de la perforación, que tiene una parte
interior (7) para sujetar al perno tubular,
- por medios (10, 11) para pretensar el elemento
de tensión (3) en la dirección de la longitud entre el perno
tubular y la abertura de inserción,
- por medios para transmitir un medio que puede
fraguar a la porción exterior de la perforación entre (27) el
elemento de tensión y la pared de la perforación, y
- porque un canal, que está incluido en el
dispositivo (1) para el empernado de roca, para transmitir dicho
medio que puede fraguar, proporciona medios (16) que se abren para
comunicar con la parte exterior del elemento de tensión mediante la
aplicación de presión hasta un cierto nivel de presión.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado por medios para transmitir un medio para
expandir el perno tubular (2).
13. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12,
caracterizado porque dichos medios para transmitir dicho
medio que puede fraguar incluyen un canal en el elemento de tensión
(3).
14. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones previas 11 - 13, caracterizado porque dicho
medio que se abre es una placa de ruptura (16) que se hace romper a
dicho nivel de presión.
15. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 11 - 12, caracterizado porque dicho medio
que puede fraguar está dispuesto para ser transmitido (30) hacia
afuera del elemento de tensión.
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado por un canal de evacuación (31) dentro del
elemento de tensión para evacuar el aire que está presente dentro
de la perforación cuando se inyecta dicho medio que puede
fraguar.
17. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12,
caracterizado por un elemento separado (28) de instalación
de un perno, que se puede ajustar a una porción de conexión sobre el
perno tubular (2) para transmitir el medio para expandir el perno
tubular.
18. Dispositivo según la reivindicación 11, 12 ó
16, caracterizado porque el elemento de tensión está provisto
de un medio para ajustarse a dicha porción de conexión después de
la expansión del perno tubular.
19. Dispositivo según la reivindicación 11 ó 12,
caracterizado porque el elemento de tensión (29) está formado
de para ser anclado mediante apriete entre el perno tubular y la
pared de la perforación durante la expansión del primero.
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