EMPERNADO EN ROCA-PARTE IEl empernado es un procedimiento constructivo que impide, atena o neutraliza el fenmeno de descompresin de la roca en torno al tnel o excavacin, evitando as la cada de rocas. La accin de los pernos debidamente situados en la periferia de la excavacin normalmente se emplea para consolidar los techos, aprovechando la resistencia natural que ofrece el arco. La fuerza con la que se tensiona la barra del perno sujeta la capa formando un bloque.

Tambin los estratos de roca dbil pueden suspenderse por medio de pernos en materiales ms resistentes, o varios planos estratificados pueden empernarse formando una especie de grampa. En funcin de la estratificacin de la roca, el refuerzo de los estratos por empernado del techo se puede ejecutar de las siguientes maneras:

EMPERNADO EN EL TECHO DE UNA EXCAVACINTIPOS DE PERNOS:Existen bsicamente 2 tipos de pernos de fortificacin (tambin llamados pernos de roca).Los pernos de roca pueden ser de dos tipos: por adhesin o por friccin.Un perno de roca embebido en resina resiste los esfuerzos del tensionamiento de la barra por la adhesin o "pegado" de la resina con la roca y la barra de acero. En lugar de cartuchos de resina tambin se pueden usar cartuchos de cemento (CEMBOLT) o cemento inyectado en la perforacin mediante bombas manuales. La barra de acero utilizada puede ser una barra corrugada maquinada o una barra helicoidal.El perno de roca por friccin resiste las cargas de tensionamiento por fuerzas friccionantes al contacto entre la roca y el perno. Por lo tanto no se usa ningn tipo de adherente. En este caso, los pernos comnmente utilizados son los famosos Swellex y el Split Set.La ventaja del perno por adhesin con relacin al perno por friccin es que el primero puede desarrollar cargas hasta de 25 ton como mnimo (para barras de dimetro de 22mm) o cargas de hasta 32 ton como mnimo (para barras de dimetro de 25mm). En cambio, los pernos por friccin solo pueden soportar cargas entre 6-8 ton. Por esta razn, los pernos por adhesin generalmente son usados como sostenimiento permanente (galeras y rampas en minas de uso prolongado y en tneles para trasvases de agua o en centrales hidroelctricas sometidos a caudales de alta presin).Los pernos por friccin generalmente son usados en excavaciones de uso temporal como es el caso de tneles secundarios en minas de corta duracin o donde la roca es muy buena y el requerimiento de soporte es mnimo.TIPOLOGA DE ROCAS:La presente es una clasificacin prctica de los diferentes tipos de roca que se pueden presentar: Tipo 1. Roca estable poco fracturada.Pernos aislados donde lo requiera el terreno. Tipo 2. Roca algo fracturada. Concreto rociado, pernos, mallas, sostenimiento sistemtico en bveda, y cuando lo requiera concreto rociado en las paredes. Tipo 3. Roca friable o muy friable. Sostenimiento sistemtico en bveda y paredes. Concreto rociado, pernos y mallas. Tipo 4. Roca de empuje inmediato. Sostenimiento sistemtico en toda la seccin. Concreto rociado + pernos + mallas. Tipo 5. Roca de empuje inmediato fuerte o con poca o sin cohesin alguna. Sostenimiento sistemtico en toda la seccin en dos alternativas: Concreto rociado + pernos + mallas. Concreto rociado + cerchas metlicas.COMPARACIN DE UNA BARRA CORRUGADA MAQUINADA VS. BARRA HELICOIDALSi el tipo de roca exige en el sostenimiento los pernos por adhesin, la eleccin de la barra de acero a utilizarse se realizar entre la barra corrugada con rosca maquinada o la barra helicoidal. Ambos tipos de barra con el mismo dimetro, pueden resistir lo mismo si estn fabricadas con el mismo acero (ASTM A615 Grado 60 por ejemplo) pero en el caso de las barras corrugadas maquinadas, stas resisten menos en el tramo maquinado por cuanto el dimetro de la barra es disminuido durante la fabricacin de la rosca.

En el caso de las barras helicoidales, sto no sucede por cuanto la rosca es parte del diseo de la barra y es elaborada por laminacin en caliente durante la fabricacin de la barra en la planta siderrgica. Por lo tanto podemos concluir que la diferencia radica en el diseo de la barra. Mientras la barra corrugada ha sido diseada en principio para ser usada en estructuras de concreto armado, la barra helicoidal por el contrario ha sido diseada para ser usada exclusivamente como perno de anclaje.

La barra helicoidal presenta los resaltes como corruga para favorecer la adherencia con la resina o concreto, y tambin cumplen la funcin de una rosca para permitir el deslizamiento de la tuerca a lo largo de toda la barra. La rosca de la barra helicoidal es robusta y prcticamente indestructible a diferencia de las roscas maquinadas en talleres mecnicos que no ofrecen la misma garanta que puede ofrecer una empresa siderrgica certificada bajo Normas ISO 9002.Para llevar a cabo el maquinado de una rosca en una barra corrugada, sta primero es torneada a lo largo de la seccin a ser roscada. Antes del torneado, las corrugas originales son primeramente eliminadas de dos maneras: Presionndolas contra la barra obteniendo una zona endurecida y frgil. Cepillando las corrugas reduciendo el dimetro de la barra y por lo tanto reduciendo tambin la carga que puede soportar la barra.TIPOS DE ADHERENTEExisten 3 tipos muy conocidos de adherentes los cuales pueden ser utilizados en el anclaje de pernos. La eleccin final del adherente depender de la rapidez con la cual se quiera instalar los pernos, la calidad de la roca que se necesite sostener, y las cargas necesarias que se deban alcanzar.El primer tipo de adherente es el concreto inyectado. Este se introduce en la perforacin mediante una bomba manual. La ventaja del concreto es que proporciona al sistema de anclaje altas cargas pero demora en curar ms de 20 das para alcanzar las mximas resistencias. Otra desventaja es que no se puede emplear donde hayan muchas filtraciones de agua por cuanto el curado es imposible en estas condiciones.

El segundo tipo de adherente es el concreto en cartuchos (CEMBOLT). Este se introduce en la perforacin manualmente o mediante el uso de una varilla si la perforacin es en bveda. El CEMBOLT alcanza altas cargas como el cemento inyectado, cura en menos tiempo pero el costo es ms alto. Lo recomendable es utilizar cartuchos CEMBOLT hasta llenar la perforacin. El tercer tipo de adherente es la resina epxica. Se presenta tambin en cartuchos de polister los cuales contienen en su interior una resina y catalizador los cuales estn separados por una barrera para impedir la interaccin qumica. Cuando la barra de acero destruye el cartucho, ambos componentes reaccionan qumicamente y el endurecimiento de la resina comienza.

La ventaja de la resina es que cura en 5 minutos pero las cargas que se obtienen son menores en comparacin a las que se obtienen si se utilizan los adherentes antes mencionados. Para compensar esta situacin, las barras empernadas con resina generalmente son tensionadas despus del curado para incrementar las cargas de soporte. Otra ventaja de la resina es que protege el acero de la corrosin lo cual no ocurre con el concreto debido a la porosidad que este presenta. Existen 2 tipos de cartuchos de resina: resina rpida. resina lenta.Cuando se requiere un avance rpido de cartuchos de resina rpida y luego los pernos son tensionados. Tambin se puede combinar luego con resina lenta para proteger la barra de la corrosin. Cuando se emplea cemento para anclar las barras de acero, ya no es necesario tensionar las mismas puesto que las cargas que se obtienen son bien altas llegndose incluso a obtener la mxima carga que soporta el acero.El sistema perno+cemento (o resina) tiene un lmite de carga que puede soportar y viene dado por la mxima resistencia a la traccin que puede soportar el acero. Para el caso de una barra de acero ASTM A615 grado 60 y un dimetro de 22mm, la mnima carga garantizada es de 25 ton. Si durante la prueba de traccin el sistema soporta menos carga, quiere decir que fall por adherencia entre el cemento (o resina) y la roca. Si por el contrario, la mxima carga obtenida por el sistema es la que proporciona el acero, entonces la adherencia lograda habr sido la ptima.

EMPERNADO EN ROCA- PARTE II

Construccin de tneles y cavernas de rocaLos sistemas modernos de construccin de sostenimiento de excavaciones en roca se basan en el uso combinado de elementos tales como barras de acero (pernos de anclaje), malla metlica y shotcrete. La barra helicoidal acta reforzando el maciso rocozo, aumentando la resistencia, o transfiriendo las cargas hacia zonas de roca estable. En caso necesario, los pernos de anclaje formados con barra helicoidal permiten construir un soporte activo, precomprimiendo al macizo rocoso y permitiendo controlar las deformaciones.El arco de roca reforzada acta como elemento resistente. Una adecuada distribucin de las barras helicoidales y su longitud, permite controlar la redistribucin de tensiones y las deformaciones de la excavacin. Si es necesario efectuar correciones al diseo de sistemas de soporte, es posible complementarlo mediante la instalacin de barras adicionales.La barra helicoidal, tambin puede usarse para afirmar maquinarias y equipos. se puede usar para sostener bloques de roca potencialmente inestables, ya sea en el techo o en las paredes de la excavacin, o para el refuerzo de esquinas e interescciones.Excavacin de taludes en rocaEl uso de la barra helicoidal, permite efectuar excavaciones profundas con taludes empinados. En estos casos, los pernos de anclaje formados con barra helicoidal, permiten afirmar bloques aislados de roca, que al estar limitados por fracturas, se encuentran en peligro de caer.

El uso de la barra helicoidal, permite efectuar excavaciones profundas con taludes empinados. En estos casos, los pernos de anclaje formados con barra helicoidal, permiten afirmar bloques aislados de roca, que al estar limitados por fracturas, se encuentran en peligro de caer.Estabilizacin de excavaciones temporalesMediante el uso de barras helicoidales generalmente tensadas, se puede hacer excavaciones verticales sin necesidad de usar vigas o apuntalamiento que, adems de su elevado costo, disminuyen notablemente el espacio disponible para trabajar dentro de la excavacin. Este tipo de soporte se puede ir colocando a medida que progresa la excavacin.Otras aplicacionesEntre otros usos de las barras helicoidales, se pueden mencionar el anclaje para mquinas vibratorias y en estructuras enterradas para resistir las cargas de subpresin.

VENTAJAS DEL EMPERNADO EN ROCA:- El sistema barra helicoidal es muy fcil instalar. Gracias al hilo contnuo de la barra, sta puede cortarse en terreno a la longitud deseada sin tener que preparar una provisin de barras de cada longitud a usar y con un hilo tarrajado en maestranza.- El hilo de paso amplio, permite una colocacin rpida de la tuerca, es fcil de limpiar y no se daa durante el transporte.- La placa base de forma curva y con perforacin central cnica, junto con la tuerca de base esfrica, puede adaptarse a las irregularidades de la superficie rocosa, actuando como rtula. No es necesario construir bases de apoyo con mortero, o equivalentes, ni uasr golillas para ajustar desviaciones de la ortogonalidad entre la barra helicoidal y placa.- El dimetro de instalacin no es crtico para su instalacin.- La inyeccin de lechada o resina protege a la barra de la corrosin, al mismo tiempo que le asegura la adherencia permanente a la roca. Para usos habituales, en ambientes de baja agresividad, no requiere de proteccin adicional contra la corrosin.- El sistema barra helicoidal, permite desarrollar un anclaje de alta resistencia en un amplio rango de calidades de roca, por lo que se puede transmitir cargas elevadas a travs de la barra, incluso en estratos rocosos de calidad geotcnica regular.

Debe evitarse hacer la perforacin con corona de diamantes, pues sus paredes quedan muy lisas, disminuyendo la adherencia entre la inyeccin y la roca. Limpiar la perforacin con aire comprimido. Tambin se permite limpiarla con agua si se hechara resina. Colocar los cartucho de resina o inyeccin de lechada.En caso de perforaciones inclinadas sobre la horizontal, se debe disponer de retenes adecuados para sujetar los cartuchos de resina o lechada.

Al Insertar la barra, si se usa resina en tuchos, girar la barra en los sentidos del puntero del reloj a medida que ella se inserta en la perforacin, para asegurar un mezclado eficiente. Se recomienda seguir las recomendaciones del fabricantereferentes al mezclado de la resina.Cuando ha endurecido la lechada o resina , se puede colocar la placa de apoyo y la tuerca, apretndola firmemente contra la roca.ALGUNAS REFERENCIAS:Megaw Bartlett; Tneles, planeacin, diseo y construccin.Linares Snchez, Antonio; Tneles y obras subterrneas.Robles Espinoza, Nerio; Excavacin y sostenimiento de tneles en roca.