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Perforaci贸n por extracci贸n de material

Figura 1.- Perforaci贸n mec谩nica (Ingeopress)

Las operaciones necesarias para la ejecuci贸n con 茅xito de perforaci贸n con extracci贸n de material son el troceo, la extracci贸n del material propiamente dicha y la contenci贸n de las paredes. Estas operaciones se realizan en ocasiones de forma simult谩nea a la ejecuci贸n de la perforaci贸n.

 

La rotura o corte del terreno puede realizarse mediante varios procedimientos diferentes. Entre otros, destacan los siguientes:

 

  • Perforaci贸n mec谩nica: se deben aplicar tensiones sobre el material que superen su resistencia de corte. Este efecto puede realizarse por impacto (percusi贸n), presi贸n (empuje), fricci贸n (rotaci贸n) o desgaste (barrido), o por efectos combinados de ellos.
  • Perforaci贸n t茅rmica: realizada mediante soplete o lanza t茅rmica, plasma, fluido caliente o congelaci贸n.
  • Perforaci贸n qu铆mica: realizada mediante microvoladura o por disoluci贸n.
  • Perforaci贸n hidr谩ulica: provocada por efecto de un chorro de agua a alta presi贸n, por erosi贸n o cavitaci贸n.
  • Otros tipos de perforaci贸n: el茅ctrica, s贸nica, nuclear, etc.

 

La eliminaci贸n del detritus puede ser discontinua, en el caso de interrupci贸n de la perforaci贸n y la eliminaci贸n mec谩nica del detritus, o continua, empleando un fluido en circulaci贸n (aire, agua o lodos) que, a su vez, refrigera el 煤til de perforaci贸n y sostiene las paredes de la perforaci贸n. La extracci贸n hidr谩ulica presenta dos variantes, la circulaci贸n directa y la circulaci贸n inversa.

Cuando se utiliza un fluido para extraer el detritus, la circulaci贸n directa se refiere a que el fluido de perforaci贸n y el detritus se elevan hacia la superficie entre las paredes del sondeo y el varillaje. La circulaci贸n directa es el sistema m谩s empleado en perforaciones relativamente cortas (menos de 50 m) y hasta ahora ha sido universal en los martillos neum谩ticos.

Figura 2.- Extracci贸n del material en una perforaci贸n

En cambio, con la circulaci贸n inversa, el fluido y el material se eleva por el interior del varillaje. En este caso se mantiene inundada la perforaci贸n, siendo el ascenso del material por depresi贸n o por inyecci贸n forzada. Se emplea tambi茅n con martillos en fondo. Este m茅todo tiene inter茅s en formaciones relativamente blandas poco permeables, con fisuraci贸n d茅bil, poco abrasivas y de paredes estables (arcillas, algunas formaciones yes铆feras y sales pot谩sicas, por ejemplo). Es un m茅todo seguro, pero m谩s caro, aunque mejora la limpieza del sondeo, recupera detritus de mayor tama帽o y aumenta la velocidad de perforaci贸n. Normalmente se emplea un sistema de doble pared, es decir, dos tubos conc茅ntricos: por la c谩mara exterior se inyecta el fluido y por la interior asciende.

Figura 3.- Esquema de instalaci贸n en circulaci贸n inversa

La perforaci贸n en suelos es m谩s sencilla que en roca, pero en numerosas ocasiones se necesita un sostenimiento de las paredes del sondeo para evitar su derrumbe. El sostenimiento se puede realizar mediante fluidos como el agua (equilibrio hidrost谩tico) o lodos (pel铆culas tixotr贸picas) que sirven, adem谩s, para la eliminaci贸n del detritus; o bien mediante entubaciones, que pueden ser provisionales o definitivas.

El lodo es una mezcla de agua y bentonita s贸dica (a veces, sepiolita) tratada, a la que en ocasiones se a帽ade arcilla y alg煤n aditivo. Esta mezcla forma una l谩mina o 鈥渃ake鈥 que impermeabiliza el sondeo, de forma que si se mantiene llena de lodo la perforaci贸n, la presi贸n en la cara interna de la pared supera a la existente en el exterior, lo que permite la estabilidad de la pared.

En sondeos y perforaciones helicoidales, el residuo de la perforaci贸n se extrae con la propia h茅lice.

Seg煤n la resistencia a compresi贸n de las rocas y el di谩metro de perforaci贸n, se pueden delimitar distintos m茅todos de perforaci贸n, seg煤n se refleja en la Figura 4. Sin embargo, en obras de construcci贸n, lo habitual son los m茅todos rotopercutivos en la perforaci贸n de rocas, mientras que en miner铆a a cielo abierto, tambi茅n se utiliza la perforaci贸n rotativa.

Figura 4.- Campos de aplicaci贸n de los m茅todos de perforaci贸n en funci贸n de la resistencia de las rocas y di谩metros de los barrenos (ITGE, 1994)

Referencias:

INSTITUTO TECNOL脫GICO Y MINERO DE ESPA脩A (1994). Manual de perforaci贸n y voladura de rocas. Ed. IGME. Madrid, 500 pp.

YEPES, V. (2014).聽Maquinaria para sondeos y perforaciones.聽Apuntes de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, Ref. 209. Valencia.

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2 octubre, 2018
 
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Vagones y carros perforadores

Figura 1.- Vag贸n perforador montado en llantas BARI-J脷PITER, modelo JRD 120 (B)

En una entrada anterior se describi贸 el sistema de montaje de perforaci贸n mediante jumbos. En esta entrada, el sistema de montaje ser谩 el de vagones y carros perforadores. Los vagones y carros perforadores son las unidades remolcadas o autoportantes que permiten trasladar martillos medianos o pesados, de accionamiento neum谩tico o hidr谩ulico, y que est谩n pensadas para perforaciones a cielo abierto.

La mayor铆a de estos equipos disponen de un sistema de avance con potencia suficiente para alcanzar profundidades superiores a 50 m, longitud que rebasa el l铆mite de los 20 m impuesto por las desviaciones que son m谩s habituales en este tipo de perforaci贸n.

Los equipos m谩s simples, dise帽ados para excavaci贸n en banco y explotaci贸n de minas y canteras, constan de un chasis remolcable sobre el que se apoya un martillo de fondo ligero montado sobre una deslizadera de unos 2-2,5 m con avance de cadena.

Los equipos pesados, con di谩metro superior a 12 cm y 3 鈥 4 t, montados sobre orugas, disponen de una deslizadera de mayor longitud (5-6 m) y de un sistema de avance con la potencia adecuada al peso del varillaje o sarta de tubos que se requiere en perforaciones m谩s profundas.

Figura 2.- Carro perforador FlexiROC D65 de Atlas Copco

Figura 3.- Componentes de un carro perforador Atlas Copco

 

Figura 4.- Perforadora montada sobre cami贸n T455WS SCHRAMM

Os dejo algunos v铆deos al respecto:

 

Referencia:

YEPES, V. (2014).聽Maquinaria para sondeos y perforaciones.聽Apuntes de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, Ref. 209. Valencia.

 

 

29 septiembre, 2018
 
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Geof铆sica aplicada a la ingenier铆a civil

http://www.radef.com.ar/

Uno de los problemas que afecta a la ingenier铆a civil y otras disciplinas es conocer una o varias caracter铆sticas y propiedades del subsuelo. Para ello se emplea la ciencia de la聽geof铆sica.

La聽geof铆sica聽es una ciencia aplicada que estudia los fen贸menos naturales de nuestro planeta desde el punto de vista f铆sico y matem谩tico.聽Su objeto de estudio abarca todos los fen贸menos relacionados con la estructura, condiciones f铆sicas e historia evolutiva de la Tierra.

Originalmente fue desarrollada como un m茅todo efectivo para la prospecci贸n del petr贸leo y otros dep贸sitos minerales, pero actualmente tiene aplicaciones espec铆ficas en el campo de la ingenier铆a civil.

Al ser una disciplina experimental, usa para su estudio m茅todos cuantitativos f铆sicos como la f铆sica de reflexi贸n y refracci贸n de ondas mec谩nicas, y una serie de m茅todos basados en la medida de la聽gravedad, de聽campos electromagn茅ticos,magn茅ticos聽o聽el茅ctricos聽y de fen贸menos聽radiactivos. En algunos casos dichos m茅todos aprovechan campos o fen贸menos naturales (gravedad, magnetismo terrestre, mareas, terremotos,聽tsunamis, etc.) y en otros son inducidos por el hombre (campos el茅ctricos y fen贸menos s铆smicos).

Os dejo una presentaci贸n interesante sobre la aplicaci贸n de la geof铆sica a la ingenier铆a civil. Espero que os guste.

 

14 marzo, 2015
 
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Perforaci贸n con coronas

Elementos de la corona

La perforaci贸n con corona es el m茅todo de sondeo m谩s difundido en el 谩mbito de la ingenier铆a civil, siendo imprescindible cuando se trata de extraer un testigo continuo en formaciones rocosas.

La zona de corte consta de la聽matriz, que es una aleaci贸n de distintas caracter铆sticas seg煤n el terreno a perforar y en la que se insertan los diamantes, y de un聽cuerpo principal, que da soporte a la matriz y sirve de uni贸n por roscado al varillaje. Si hay necesidad de extraer testigos, la matriz debe ser hueca (de corte anular) y en el caso contrario, maciza o ciega.

coronas de matriz maciza

Coronas de matriz maciza

La funci贸n de la corona es fragmentar la roca hasta dejarla en condiciones de ser extra铆da a la superficie. La eficacia de esta funci贸n, su precio y la duraci贸n (que depender谩 del desgaste) son los tres aspectos b谩sicos en su elecci贸n. Seg煤n la dureza y abrasividad del terreno la corona puede ser de widia o de diamantes.

Las聽coronas de widia聽son apropiadas para perforar rocas blandas o de dureza media. Est谩n compuestas por prismas octogonales de unos 15 mm de longitud, insertados en las zonas m谩s sobresalientes del perfil que forma el per铆metro de la corona. La widia (aglomerado de carburo de wolframio, tungsteno, molibdeno, cobalto y otros metales) es mucho m谩s resistente y menos sensible a la abrasi贸n que los aceros especiales, pero su costo es bastante m谩s elevado, aunque menor que el del diamante.

Coronas de widia

Coronas de widia

Las聽coronas de diamante聽se emplean en rocas muy duras y abrasivas, donde el r谩pido desgaste de las coronas de widia no compensar铆a la econom铆a obtenida en su compra.

Por la forma de fabricaci贸n y distribuci贸n de los diamantes, estas coronas puedes ser de inserci贸n o de concreci贸n.

  • En las聽coronas de inserci贸n聽los diamantes est谩n incrustados sobre la superficie de la corona de la que sobresalen en forma de casquete. El tama帽o de los diamantes es en estos casos de 10-80 p.p.q. (piedras por quilate: 1 quilate = 0,2 gramos).
  • En las聽coronas de concreci贸n, los diamantes son de bastante menor tama帽o (80-1000 p.p.q.), est谩n mezclados y distribuidos regularmente por la matriz.
Coronas de diamantes de inserci贸n

Coronas de diamantes de inserci贸n

Al cabo de cierto tiempo de utilizaci贸n, la corona no proporciona ya un avance aceptable por lo que es necesario su recambio. Ese momento puede medirse aproximadamente, cuando con la m谩xima carga sobre la corona, el avance es inferior a unos 2 cm/min. El intentar en estos casos mantener el rendimiento aumentando la carga podr铆a provocar la fractura de alg煤n diamante o de la matriz.

Os dejo unos v铆deos sobre el tema.

Referencias:

YEPES, V. (2014).聽Maquinaria para sondeos y perforaciones.聽Apuntes de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. 89 pp.

16 junio, 2014
 
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