ES2327311T3 - Dispositivo de perforacion y de anclaje y procedimiento de colocacion de tirantes de anclaje. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de colocación de tirantes de anclaje según el cual se efectúa la perforación por medio de un tubo de perforación (8) provisto, en su extremo frontal, de una herramienta de inyección (9) y de una herramienta de perforación (12) acoplada a la herramienta de inyección, presentando este tubo de perforación un canal de inyección de cemento (15, 15'') y presentando dicha herramienta de inyección por lo menos una o varias boquillas (13, 14, 16) que permiten la inyección de una suspensión de cemento a presión en el terreno circundante para formar un cuerpo de sellado, estando la herramienta de perforación fijada a uno o varios cables de tirante (4) u otras armaduras de tirante, siendo dicha suspensión de cemento inyectada en el terreno circundante y alrededor de las armaduras de tirante y de la herramienta de perforación, y siendo el tubo de perforación completamente elevado dejando la herramienta de perforación en el cuerpo de sellado, caracterizado porque la traída de dicha suspensión de cemento hacia la herramienta de inyección se realiza por dicho canal de inyección, formado entre una pared interna de dicho tubo de perforación y una pared externa de un tubo interior (21, 21'') dispuesto coaxialmente a dicho tubo de perforación.
Description
Dispositivo de perforación y de anclaje y
procedimiento de colocación de tirantes de anclaje.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de anclaje y a un procedimiento de colocación de
tirantes de anclaje destinados a asegurar la estabilidad de una obra
con respecto a un terreno, que comprende la perforación de un
orificio hasta una zona de anclaje en el terreno, la introducción
de cables y/o de otras armaduras de tirante en el orificio de
perforación, y la inyección por dicho orificio de perforación de una
suspensión de cemento de manera que forme un cuerpo de sellado en
dicha zona de anclaje.
Los procedimientos usuales de este tipo
necesitan, para la formación del cuerpo de sellado, varias
inyecciones de cemento, por ejemplo por medio de inyecciones por
manguitos, debiendo estas inyecciones estar separadas en el tiempo y
necesitando así generalmente varios días para la formación del
cuerpo de sellado. Por otra parte, la fuerza de utilización queda
limitada, en particular en unos terrenos arcillosos o limosos,
debido en particular a las dimensiones transversales restringidas
del cuerpo de sellado realizable por los procedimientos conocidos,
al mal control de la formación de este cuerpo y a su composición
que queda esencialmente constituida por el cemento inyectado.
El documento
EP-A-0 413 676 describe un
procedimiento del tipo mencionado según el cual se utiliza una
herramienta que comprende una parte de herramienta de perforación y
presenta un canal axial que prolonga un canal de inyección, estando
una válvula dispuesta a la entrada de dicho canal axial de manera
que permita cerrar dicha entrada antes de la inyección de una
suspensión de cemento a presión por el canal central y dicho canal
axial.
El documento EP 0 770 734 describe un
procedimiento según el cual se efectúa la perforación por medio de
un tubo provisto, en su extremo frontal, de una herramienta de
perforación y de inyección, formando este tubo un canal de inyección
de cemento y presentando dicha herramienta por lo menos dos
boquillas laterales orientadas en direcciones opuestas, y
comprendiendo una parte de herramienta de perforación que presenta
un canal axial que prolonga dicho canal de inyección, estando una
válvula dispuesta entre la entrada de dicho canal axial y dichas
boquillas, de manera que permita cerrar dicha entrada antes de la
inyección de la suspensión de cemento a presión, que se inyecta
dicha suspensión de cemento en el terreno circundante a través de
dichas boquillas, radialmente a dicho tubo, con una presión
superior a aproximadamente 40 MPa (400 bars), haciendo girar este
tubo alrededor de su eje y elevándolo, de forma continua o
discontinua, en una longitud de sellado determinada, que se para a
continuación la inyección y que se sube el tubo completamente,
siendo dichos cables y/o otras armaduras de tirante introducidos en
el orificio de perforación, antes del endurecimiento del cemento,
hasta el cuerpo de sellado en formación.
Este procedimiento permite acortar
considerablemente el tiempo necesario para la colocación de los
tirantes y realizar un buen anclaje.
La solicitud WO 98/58132 así como la patente
US-A-3.973.409 describen cada una
un procedimiento y un dispositivo de colocación de anclajes en los
cuales el tirante está constituido por una barra rígida, siendo el
cemento líquido destinado a formar el sellado introducido en el
espacio interior del tubo de perforación, directamente alrededor de
dicho tirante.
La invención prevé proporcionar un dispositivo
de anclaje y un procedimiento de colocación de tirantes de anclaje
mejorados, en particular un dispositivo y un procedimiento,
respectivamente, del tipo mencionado en el que el anclaje está aún
mejorado y la operación de colocación de tirantes de anclaje está
simplificada y es más rápida.
Con este fin, el procedimiento según la
invención comprende la operación de efectuar la perforación por
medio de una columna de perforación como en la reivindicación 1,
fijada a uno o varios cables de tirante u otras armaduras de
tirante, de inyectar dicha suspensión de elemento en el terreno
circundante y alrededor de las armaduras de tirante y de la
herramienta de perforación, y de elevar el tubo completamente
dejando la herramienta de perforación en el cuerpo de
sellado.
sellado.
El dispositivo de perforación y de anclaje
presenta una columna que comprende un tubo de perforación, una
herramienta de perforación montada en el extremo del tubo y uno o
varios cables y/o otras armaduras de tirante, como en la
reivindicación 3.
La herramienta de inyección está preferentemente
provista de por lo menos dos boquillas laterales orientadas en unas
direcciones opuestas y de por lo menos una boquilla extrema
orientada oblicuamente hacia el eje central del tubo en el cual se
extienden los cables y/o otras armaduras de tirante. La herramienta
de perforación presenta una parte de acoplamiento que se enfila en
el canal axial del tubo de forma axialmente separable.
Durante la operación de perforación, el agua a
presión es conducida por un canal axial hasta la herramienta de
perforación. El canal axial puede estar formado por un tubo interior
coaxial al tubo de perforación. El tubo interior puede estar
provisto de una válvula, por ejemplo en su parte superior, para
controlar la aportación de agua a presión a la herramienta de
perforación durante la operación de perforación y durante la
operación de la subida de la columna de perforación después de la
operación de sellado.
El espacio entre el tubo de perforación y el
tubo interior puede formar un canal de inyección del cemento.
La boquilla extrema está inclinada con un ángulo
agudo con respecto a la dirección axial, por ejemplo a 30º, de
manera que el chorro de suspensión de cemento que sale de esta
boquilla aplique una componente de fuerza en la dirección axial
sobre la herramienta de perforación. Esto permite la separación de
la herramienta de perforación del tubo de perforación durante la
formación del cuerpo de sellado. Por otra parte, esta boquilla
permite asegurar que los cables y/o otras armaduras de tirante estén
completamente embebidas en el cuerpo de sellado.
El dispositivo y el procedimiento según la
invención permiten así realizar un anclaje muy bueno con muy pocas
operaciones y una gran rapidez.
La invención permite asimismo evitar problemas
que pueden estar ligados a la reintroducción de armaduras de
tirante en el orificio de perforación de los procedimientos
convencionales.
Además, la fijación de las armaduras de tirante
a la herramienta de perforación y la inserción previa en el tubo de
perforación, es decir antes de la operación de perforación,
permiten optimizar la densidad de armaduras colocadas en el canal
axial del tubo.
La fijación de la herramienta de perforación en
el extremo de las armaduras de tirante mejora también la retención
de estas armaduras en el cuerpo de
sellado.
sellado.
Unas características, objetivos y ventajas del
procedimiento según la invención se pondrán más claramente de
manifiesto a partir de la descripción siguiente a título de
ejemplo, ilustrado en los planos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista en sección esquemática
de un tirante de anclaje colocado en un terreno;
la figura 2 es una vista, en sección axial, de
un extremo frontal de un dispositivo de perforación y de
anclaje;
la figura 3 es una vista, en sección axial, de
una parte de fusible mecánico, en la proximidad del cabezal de
inyección, de un dispositivo de perforación de la invención;
la figura 4 es una vista en sección según la
línea IV-IV de la figura 3, y
la figura 5 es una vista simplificada, en
sección axial, de un dispositivo de perforación según la
invención.
Según la representación esquemática de la figura
1, una obra a anclar 1 se apoya sobre una parte de terreno 2 y es
estabilizada por un tirante de anclaje, designado en su conjunto
por la referencia 3.
Este tirante de anclaje presenta, de manera
conocida, por ejemplo unos cables de tirante 4 constituidos por
unos cordones de los que un extremo está fijado en un cabezal de
tirante 5 apoyado sobre la obra 1.
Los cables de tirante 4 están dispuestos en un
orificio de perforación 6 sobre una cierta longitud libre y son
solidarios de un cuerpo de sellado 7 en forma de un bulbo formado
alrededor de la parte inferior del orificio de perforación por
inyección de cemento a alta presión en el terreno circundante. La
figura 1 solo da una representación esquemática de un ejemplo de
tirante, siendo la técnica de anclaje bien conocida en sí
misma.
La presente invención consiste en utilizar, por
ejemplo, una columna de perforación que comprende un tubo de
perforación 8 provisto de una herramienta de inyección 9 acoplada a
una herramienta de perforación 12 según la figura 2 para perforar,
en un primer tiempo, el orificio 6 sobre una longitud que
corresponde a la longitud libre deseada y la longitud de sellado
que es esencialmente la del bulbo 7 de la figura 1. La herramienta
de perforación 12 está fijada a los extremos de los cables de
tirante 4, por ejemplo por unas soldaduras 17 o por unos medios de
apriete mecánicos tales como unas chavetas. La herramienta de
perforación 12 y los cables de tirante 4 son enfilados en el canal
central 10 de un tubo interior 21 coaxial con el tubo de
perforación 8, antes de la operación de perforación. El tubo de
perforación 8 tiene una longitud, sin separaciones, por lo menos
equivalente a la longitud de los cables de tirante. La herramienta
de perforación 12 está acoplada a la herramienta de inyección 9, de
forma axialmente separable, por unos dientes complementarios 18, u
otros medios mecánicos conocidos que permitan el arrastre en
rotación de la herramienta de perforación 12 por la herramienta de
inyección 9. La herramienta de perforación 12 presenta
preferentemente una parte de tubo 19 que se enfila en el canal
central 10 para permitir su posicionado y retención radiales con
respecto a la herramienta de inyección 9.
La operación de perforación está acompañada de
una inyección de agua o de una mezcla de agua y de aire por el
canal central 10 y su prolongación 11 en la herramienta de
inyección. El agua es inyectada en el orificio de perforación por
uno o varios canales 20 que se extienden axialmente a través de la
herramienta de perforación.
Cuando la perforación ha terminado, se inyecta
en el terreno una suspensión de cemento a una presión muy elevada,
por ejemplo de 450 bars, a través de una o varias boquillas
extremas 16 inclinadas y dos o varias boquillas laterales 13, 14 de
pequeño diámetro, o sea 1,5 a 2 mm, que comunican con uno o varios
canales axiales 15 en la herramienta de inyección 9. Los canales de
inyección 15 están conectados a un canal de inyección 15' formado
entre la pared del tubo de perforación 8 y la pared del tubo
interior 21. Una válvula (no ilustrada) está dispuesta en la parte
superior del tubo de perforación para cerrar el canal central 10
cuando tiene lugar la inyección de cemento. Durante esta operación,
el tubo es arrastrado en rotación alrededor de su eje y es retirado
lentamente, de manera que los chorros producidos por las boquillas
13 y 14 en unas direcciones radiales opuestas penetren en el
terreno creando un bulbo esencialmente cilíndrico, tal como el
representado en la figura 1.
La presión de inyección se sitúa preferentemente
entre 500 y 800 bars. Cuando tiene lugar la inyección, puede
suceder que las boquillas 13, 14, 16 se taponen por unas impurezas
o unos elementos gruesos en el cemento provocando unas
sobrepresiones en el canal de inyección 15'. La bomba de inyección
del cemento puede estar provista de una electroválvula para
disparar la bomba cuando tiene lugar una sobrepresión. Sin embargo,
cuando tiene lugar un aumento muy brusco de presión, es posible que
la electroválvula no tenga tiempo de dispararse suficientemente
pronto para evitar el aplastamiento del tubo interior. Para evitar
este problema, la columna de perforación está provista de una parte
de fusible mecánico 22 que comprende una parte de tubo de
perforación 8' y una parte de tubo interior 21' que forman entre
ellas un canal de inyección 15'. La parte de fusible mecánico 22
está dispuesta en la proximidad del cabezal de inyección 23, de
manera que en caso de deformación, el fusible puede ser fácilmente
intercambiado sin extraer la columna de perforación del orificio
antes del final de la operación de inyección del cemento. La parte
de tubo interior 21' de la parte de fusible 22 tiene un espesor de
pared más pequeño que el tubo interior 21 de la columna de
perforación u otra debilitación, de manera que la parte de tubo
interior 21' se aplaste más fácilmente que el tubo interior 21. El
aplastamiento de la parte del tubo interior 21 causa el escape de la
presión en el canal central 10, evitando un daño al tubo interior
principal 21.
Cuando se sube el tubo de perforación 8,
comprendido el tubo interior 21, la herramienta de perforación 12
así como los cables de tirante permanecen en posición y resultan
solidarios del bulbo 7 cuando tiene lugar el endurecimiento de
éste.
Con este fin, la boquilla extrema inclinada 16
proyecta un chorro contra la herramienta de perforación 12 de
manera que la herramienta es empujada hacia el fondo del orificio
de perforación mientras se sube la herramienta de inyección 9,
separando así la herramienta de perforación de la herramienta de
inyección. Estando la boquilla extrema inclinada hacia el canal
central 10, permite también asegurar un rellenado muy bueno del
orificio de perforación por el cemento inyectado, de manera que los
cables de tirante son totalmente embebidos en el cuerpo de sellado.
Además, la herramienta de perforación fijada a los extremos de los
cables de tirante permite mejorar su anclaje.
Cuando el cuerpo de sellado ha sido formado en
la longitud deseada, se extrae la herramienta de inyección del
orifico de perforación.
De este modo, como se ha mencionado
anteriormente, la presente invención permite en todos los casos de
aplicación acortar y simplificar el procedimiento de colocación de
los tirantes de anclaje, proporcionando al mismo tiempo un anclaje
fiable, bien controlado y de gran resistencia en todos los tipos de
terreno.
Claims (9)
1. Procedimiento de colocación de tirantes de
anclaje según el cual se efectúa la perforación por medio de un
tubo de perforación (8) provisto, en su extremo frontal, de una
herramienta de inyección (9) y de una herramienta de perforación
(12) acoplada a la herramienta de inyección, presentando este tubo
de perforación un canal de inyección de cemento (15, 15') y
presentando dicha herramienta de inyección por lo menos una o varias
boquillas (13, 14, 16) que permiten la inyección de una suspensión
de cemento a presión en el terreno circundante para formar un
cuerpo de sellado, estando la herramienta de perforación fijada a
uno o varios cables de tirante (4) u otras armaduras de tirante,
siendo dicha suspensión de cemento inyectada en el terreno
circundante y alrededor de las armaduras de tirante y de la
herramienta de perforación, y siendo el tubo de perforación
completamente elevado dejando la herramienta de perforación en el
cuerpo de sellado, caracterizado porque la traída de dicha
suspensión de cemento hacia la herramienta de inyección se realiza
por dicho canal de inyección, formado entre una pared interna de
dicho tubo de perforación y una pared externa de un tubo interior
(21, 21') dispuesto coaxialmente a dicho tubo de perforación.
2. Procedimiento de colocación de tirantes de
anclaje según la reivindicación 1, caracterizado porque se
gira el tubo de perforación (8, 8') alrededor de su eje central
cuando tiene lugar su subida.
3. Dispositivo de perforación y de anclaje que
comprende un tubo de perforación (8), una herramienta de
perforación (12) montada en el extremo del tubo de perforación y
uno o varios cables (4) y/o otras armaduras de tirante fijados a la
herramienta de perforación, de manera que la herramienta de
perforación quede en un cuerpo de sellado (7) formado por inyección
de cemento en el terreno circundante de un orificio de perforación,
caracterizado porque comprende además un tubo interior (21,
21') coaxial con el tubo de perforación, formando entre ellos un
canal de inyección de cemento, formando el tubo interior un canal
central (10) en el cual se extiende el cable y/o otras armaduras de
tirantes.
4. Dispositivo de perforación y de anclaje según
la reivindicación 3, caracterizado porque comprende una
parte de fusible mecánico (22) provista de una parte de tubo de
perforación (8') y de una parte de tubo interior (21') coaxial con
la parte de tubo de perforación, presentando la parte de tubo
interior (21') de la parte fusible una resistencia mecánica al
aplastamiento más pequeña que el tubo interior (21).
5. Dispositivo de perforación y de anclaje según
la reivindicación 4, caracterizado porque la parte de
fusible mecánico (22) está dispuesta en la proximidad del cabezal de
inyección (23) del dispositivo.
6. Dispositivo de perforación y de anclaje según
una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la
herramienta de perforación (12) está acoplada a una herramienta de
inyección de forma axialmente separable, comprendiendo la
herramienta de inyección unas boquillas de inyección de cemento
(13, 14, 16).
7. Dispositivo de perforación y de anclaje según
la reivindicación 6, caracterizado porque por lo menos dos
de dichas boquillas de inyección de cemento están dispuestas de
forma radialmente opuesta en la herramienta de inyección.
8. Dispositivo de perforación y de anclaje según
la reivindicación 7, caracterizado porque dichas boquillas
de inyección dispuestas de forma radialmente opuesta están
dirigidas de manera que el cemento es inyectado en una dirección
esencialmente ortogonal al eje central del tubo de perforación.
9. Dispositivo de perforación y de anclaje según
una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque por
lo menos una de las boquillas de inyección (16) está dirigida hacia
la herramienta de perforación para facilitar la separación de la
herramienta de inyección de la herramienta de perforación durante
la inyección de cemento.
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