pernos saferock-fierro de construcción. febrero 2008

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COMPARACIÓN.

PERNOS SAFEROCK

–

FIERRO DE CONSTRUCCIÓN.

Año 2008.

Por

Luis Talamilla Lobe. GERENCIA TÉCNICA

DSI-SOPROFINT.



SOPROFINT

1.0 INTRODUCCIÓN. A continuación se presenta una breve comparación general entre pernos saferock y fierro de construcción. Cabe señalar que una comparación exacta entre el fierro de construcción y los pernos helicoidales SAFEROCK no sería apropiada, debido a que su aplicación y uso difieren totalmente. En la actualidad, en las minas de Chile, el fierro de construcción solo se usa para estructuras de hormigón u obras civiles que se construyen en la mina pero, no para estabilizar el macizo rocoso. Las razones de diferenciar las aplicaciones están asociadas principalmente a la seguridad. La seguridad superior que entrega el perno helicoidal SAFEROCK, específicamente el sistema SAFEROCK, es decir, perno, tuerca y planchuela, hacen que sea imposible en la actualidad reincorporar el fierro de construcción a la estabilización del macizo rocoso. La comparación exacta entre el perno-fierro de constucción y el perno helicoidales SAFEROCK, sería inadecuada debido a que el fierro de construcción está prácticamente eliminado de las minas como elemento de fortificación. Las razones principales de esta decisión están asociadas a seguridad, así que en la práctica sería imposible reincorporarlo. A continuación detallo las razones principales de porque no se usó más en las minas el perno Fierro de construcción.

Un perno-fierro de construcción tiene hilos solo en su extremo, aproximadamente 10 cm, por ende ante alguna sobreexcavación del macizo rocoso, la planchuela queda inutilizada, porque no se podrá reacomodar a la posición requerida. Además, una planchuela inutilizada, genera pérdida de trabajo en la malla y por sobre todo, especialmente para altos esfuerzos cercanos a la superficie, pérdida de capacidad de resistencia del sistema.

La altura menor del hilo, resalte, en el fierro de construcción, merma su adherencia en términos

relativos al perno helicoidal, SAFEROCK. La importancia del buen trabajo de adherencia en la interfase perno-agente de anclaje (lechada, resina, cartucho de cemento…etc), es la misma que la capacidad del perno.

Cabe señalar que al hacer el hilo a una barra de fierro de construcción, se produce una

disminución en su sección. Por lo tanto, esta zona con hilos sería una zona de debilidad del perno. Si a ello añadimos que la zona de mayor trabajo de un perno podría ser el tercio más cercano a la superficie, especialmente cuando hay altos esfuerzos (Esto también es la base para respaldar la importancia de las planchuelas), esta zona de debilidad se acentúa aún más. Es decir, la zona con los hilos, podría ser una zona de debilidad por definición.

En resumen, el perno helicoidal SAFEROCK, por su continuidad y mayor altura del hilo, supera ampliamente al perno-fierro de construcción. Si se añade a esto la interacción con la tuerca y planchuela, es decir, como sistema de sostenimiento la ventaja se amplia mucho más a favor del perno SAFEROCK. Por estas razones, especialmente por seguridad, en las minas se recomienda el uso de pernos SAFEROCK para estabilizar el macizo rocoso. De ninguna manera, el perno fierro de construcción.



SOPROFINT 2.0 ANTECEDENTES SISTEMA SAFEROCK. 2.1 Sistema SAFEROCK. El sistema de anclaje SAFEROCK, está constituido por tres elementos los cuales han sido diseñados para que actúen en forma complementaria de manera de maximizar el rendimiento del sistema de anclaje. Este nuevo sistema ha sido diseñado bajo el concepto de innovación tecnológica e incorpora por lo tanto una serie de mejoras con respecto al sistema convencional de perno helicoidal, mejorando especialmente la adherencia y la resistencia al corte del sistema, esto a su vez mejora la transferencia de carga y lo clasifica como un perno de anclaje especialmente diseñado para reforzar, mejorar y preservar la resistencia natural que presentan el macizo rocoso y/o suelos. El sistema SAFEROCK, consiste en una barra de acero laminado en caliente con una sección transversal ovalada y con resaltes en forma de hilo helicoidal de amplio paso, que actúan en colaboración con un sistema de fijación formado por una placa de acero perforada con un diseño de domo piramidal y una tuerca de fundición nodular. Los Pernos Helicoidales SAFEROCK, se entregan en diferentes longitudes y en diámetros de 22 mm y 25 mm. El Sistema SAFEROCK, es el resultado de un proyecto de innovación tecnológica, el cual se enmarcó en la investigación del comportamiento del perno helicoidal convencional versus una nueva propuesta mejorada a este sistema helicoidal. La nueva propuesta de perno plantea introducir una mejora a la geometría del perfil del perno, el cambio de diseño de la planchuela y la geometría de la rosca de la tuerca, de manera de conseguir una mayor resistencia al corte en la interfase perno lechada, una mejor interacción entre los hilo de la tuerca – perno, de manera de evitar su deslizamiento y un mayor trabajo en el rango plástico del perno. 2.2 Ventajas DEL sistema SAFEROCK. Mejor desempeño como conjunto. Carga de ruptura del conjunto puede aumentar en un 40%. Alargamiento del perno sube de 2 a 20%. Se mantiene el hexágono de la tuerca. Aumenta adherencia del perno con la lechada. Deformación del perno antes de la ruptura.



SOPROFINT 2.3 Características Técnicas del sistema SAFEROCK. Tablas n° 2.1. Características técnicas de los pernos helicoidales saferock. Tabla N°2.1.1 TIPO A44-28H

Descripción. Unidad D 22 D 25 Límite de Fluencia. Ton. 10,6 13,7Límite de Ruptura. Ton. 16,7 21,6Tipo de acero. A44-28H A44-28HDiámetro. mm 22 25Área transversal. mm2 38 49Peso lineal. Kg/m 2.85 3,75 Tabla N°2.1.2 TIPO A63-42H

Descripción. Unidad D 22 D 25 Límite de Fluencia. Ton. 16 20,6Límite de Ruptura. Ton. 23,9 30,9Tipo de acero. A63-42H A63-42HDiámetro. mm 22 25Área transversal. mm2 38 49 2.4 Modelación numérica perno – tuerca (rosca). Antes de las pruebas de terreno, el comportamiento del sistema SAFEROCK se simuló a través del programa computacional ALGOR, que permitió analizar el comportamiento del material ante solicitaciones de carga, entregando como resultado concentración de esfuerzos, desplazamientos y deformaciones unitarias. Los factores de seguridad en la interfase tuerca – perno de los distintos modos de falla (compresión, flexión, corte) del perno Saferock, muestran un claro mejoramiento, especialmente a la compresión (modo mas común en la falla) y flexión.

Figura N° 2.4. Modelamiento de pernos SAFEROCK, ALGOR.



SOPROFINT 3.0 “COMPARACIÓN” ENTRE PERNOS SAFEROCK Y FIERRO DE CONSTRUCCIÓN. La comparación exacta entre el perno-fierro de constucción y el perno helicoidales SAFEROCK, sería inadecuada debido a que el fierro de construcción está prácticamente eliminado de las minas como elemento de fortificación. Las razones principales de esta decisión están asociadas a seguridad, así que en la práctica sería imposible reincorporarlo. A continuación detallo las razones principales de porque no se usó más en las minas el perno Fierro de construcción.

Un perno-fierro de construcción tiene hilos solo en su extremo, aproximadamente 10 cm, por ende ante alguna sobreexcavación del macizo rocoso, la planchuela queda inutilizada, porque no se podrá reacomodar a la posición requerida. Además, una planchuela inutilizada, genera pérdida de trabajo en la malla y por sobre todo, especialmente para altos esfuerzos cercanos a la superficie, pérdida de capacidad de resistencia del sistema.

La altura menor del hilo, resalte, en el fierro de construcción, merma su adherencia en términos

relativos al perno helicoidal, SAFEROCK. La importancia del buen trabajo de adherencia en la interfase perno-agente de anclaje (lechada, resina, cartucho de cemento…etc), es la misma que la capacidad del perno.

Cabe señalar que al hacer el hilo a una barra de fierro de construcción, se produce una

disminución en su sección. Por lo tanto, esta zona con hilos sería una zona de debilidad del perno. Si a ello añadimos que la zona de mayor trabajo de un perno podría ser el tercio más cercano a la superficie, especialmente cuando hay altos esfuerzos (Esto también es la base para respaldar la importancia de las planchuelas), esta zona de debilidad se acentúa aún más. Es decir, la zona con los hilos, podría ser una zona de debilidad por definición.

En resumen, el perno helicoidal SAFEROCK, por su continuidad y mayor altura del hilo, supera ampliamente al perno-fierro de construcción. Si se añade a esto la interacción con la tuerca y planchuela, es decir, como sistema de sostenimiento la ventaja se amplia mucho más a favor del perno SAFEROCK. Por estas razones, especialmente por seguridad, en las minas se recomienda el uso de pernos SAFEROCK y de ninguna manera, el perno fierro de construcción. A continuación se entrega una tabla “comparativa” entre los pernos SAFEROCK y los fierros de construcción.



SOPROFINT Tabla N° 3.1. Comparación entre pernos saferock, split bolt (split set) y perno cables.

DESCRIPCIÓN. FIERRO DE CONSTRUCCIÓN PERNOS SAFEROCK.

Tipo de fortificación (Respecto al Tiempo).

NO SE USA COMO ELEMENTO DE FORTIFICACIÓN,

Definitiva.

Tipo de fortificación (Respecto a funcionalidad).

NO SE USA COMO ELEMENTO DE FORTIFICACIÓN

Pasiva – Activa (1).

Tipo de fortificación (Mecanismo de funcionamiento del anclaje)


Adherencia.

Etapa de instalación. NO SE USA COMO ELEMENTO DE FORTIFICACIÓN

Se instalan después de la fortificación temporal.

Funciones u objetivos. Parte de la estructura armada del hormigón.

Refuerzo, retiene y mantiene estable el macizo rocoso (Bloques de tamaño pequeño a grande).

Instalación. Simple. Simple.

Área de trabajo. Medianas y pequeñas áreas. Pequeñas, medianas y grandes áreas.

Transferencia de carga al macizo rocoso.


Aumento del confinamiento de bloques (cohesión del macizo) y/o aumento de la resistencia al corte de los planos de debilidad que lo forman.

Tensión. No se tensan (pasiva). Pero podrían ser tensados.

No se tensan (pasiva). Pero podrían ser tensados.

Interacción con otros elementos. Malla - Hormigón. Perno - malla - shotcrete.

Interfases de trabajo. Perno-lechada. Lechada-roca.

Perno-lechada. Lechada-roca.

Calidad favorable de roca. NO SE USA COMO ELEMENTO DE FORTIFICACIÓN

Todo tipo de roca.

Capacidad de transferencia de carga.

Condicionado a la adherencia de las interfases: Perno-lechada. Lechada-roca.

Condicionado a la adherencia de las interfases: Perno-lechada. Lechada-roca. También con resinas, cartuchos de cementos…etc.



SOPROFINT (1) En relación a su funcionalidad el perno sería pasivo, porque no se tensa. Respecto a la interacción del perno con el medio este tipo de soporte será activo, pues modifica el interior del macizo. (2).Desde el punto de vista de su funcionalidad el cable se clasifica, en primer lugar, como una fortificación pasiva, aunque, a través del tensado de éstos, formarían parte del tipo de fortificación activa. Sin embargo, es la longitud y la capacidad de carga sus principales propiedades (fortificación pasiva), no así su capacidad de deformación o porcentaje de elongación (fortificación activa). Respecto a la interacción del cable con el medio este tipo de soporte será activo, pues modifica el interior del macizo. (3) Se han lechado pernos split bolt, obteniéndose mejoras importantes en la adherencia. Entonces, a pesar de que la fricción se produce en la ranura del split bolt, en caso de lecharlos, su adherencia se estaría condicionan a otras interfases, tales como: Lechada-roca, perno-roca y lechada-perno.

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