BARRAS, BROCAS Y BARRENOS
B A R R E N O VARILLAJE DE PERFORACION Descripción: Son barras de acero especial (hexagonal u oc tagon al al)) co n o sin o rificio axial, axia l, co n o sin filo co rtante o b oto nes, de mayo r du rez reza a qu e la roc a; q u e Transmitiendo el golpe, presión y/o rotación de los equipos o maquinaria, al terreno; •
Producen la trituración de la roca de acuerdo al diámetro del extremo cortante (metal duro - carburo de tungsteno). •
El acero a cero d e las la s barras o barrenas, deben reun ir las siguientess cond iciones: siguiente Ri g id ez, p ar ara a red u c ir al m ín im o las p é rd id as d e en erg ía y m ejo rar la ali n eac ión . Esto depende principalmente del tamaño en longitud. •
Resistencia a la fatiga, para soportar esfuerzos esfuerz os de tracción tra cción y co m presió presión. n. •
los
Tenacid ad en el acero, para evitar e vitar ro tu ra po r altos esfuerzos esfuerz os en el ins erto. Debe resistir los esfuerzos de tracción y compresión. •
Resistenc ia al a l d esgaste d el acero a cero ( Dureza Dureza)) : p ara asegu ase gu rar un a larga la rga du ració ración. n. Las roscas; y el inserto al perforar en roca dura con una elevada fuerza de impacto. •
Estas cualidades de los ace aceros ros , se ob tie tienen nen d e la sigu ie iente nte m anera anera: : Carburación,
que incrementa carbono en un a capa superfi superficia cial: l:
el
contenido
de
En un horno introduciendo un gas rico en carbono a una temperatura de 925ºC. •
De esta manera se obtiene un acero con alto contenido de carbono •
L a
p arte d e las c u latas es t ratad a té rm ic am ent e po r separado. separ ado. Para resistir las cargas de impacto del pistón. Dureza
su perfic ial po r alta frecu encia, para acero a cero s c o n b a jjo o c o n t en e n i d o d e c a rb rb o n o .
Usados para barras de extensión, culatas, acoples y brocas. •
Se obtiene por temperatura (900ºC) para luego ser sumergida en el agua. •
Bo m bardeo Para
con esferas d e acero
incrementar la resistencia del acero a la
fatiga. Protección
co ntra la co rros ión.
Mediante una fosfatación y aplicación de una fina capa de cera al acero. •
Cuya protección será durante su vida útil.
•
El metal du ra (carbu ro c im entado) es una m ezcla de carburo d e tung steno cuyo s granos so n de 2 a 5 m icras y en u na pro po rción d e 88 a 94 % en peso , y c ob alto de 6 a l2 % en p eso, sin terizado s (pr oc eso m etalúrg ico ). El carbu ro d e tun gs teno le im parte dureza y resist encia al desg aste, y el cob alto la tenacid ad.
El acero y el m etal duro pueden un irse el uno con el otro , de do s m aneras d iferentes: Los
insertos se fijan dentro de un encaje ranurado en el acero, utilizando como soldadura, cobre, bronce y plata. Los
botones se fijan por contracción o presión en frío, mediante taladros en el cuerpo de la broca, la cual después es calentada y luego los botones son colocados en posición; cuando el acero se enfría el taladro se contrae fijando los botones firmemente.
TIPOS Y FORMAS DEL ACERO: Se utilizan aceros hexago nales d e 3/4, 7/8 y 1" de anc h o entr e caras o p u estas d el hex ágo n o ( 19, 22 y 25 m m res p ect iv am ent e), y tam b ié n acer o s circulares.
BARRENOS INTEGRALES: Cons iste en u na barra de acero hexago nal que presenta un a cu lata en un extrem o y en el otro un ins erto de carburo de tungsteno.
Generalmente son designados como: H19, H22 y H25, donde H indica la barra hexagonal y los números indican las medidas en milímetros entre caras opuestas del hexágono.
En el mercado existen barrenos integrales con b ro ca d e cin cel d esd e 40 a 24 m m d e diám etro d el in s ert o , as í c o m o d es d e 4000 (13' 1" ) a 400 (1' 3.3/4" ), mm ( pu lgadas).
CARACTERISTICAS DE LOS TALADROS: En la c alid ad d e p erfo rac ión d e g alerías, tún eles y lab o res s u bt errán eas, in terv ienen , entr e otr o s fact o res, las c aracteríst ic as d e los b arren os : d iám etro , p ro fu n d id ad y alineaci ón .
Los que expresado en términos de producción son: ahorro de costos y seguridad.
Diám etro : El d iám etro d e lo s b arr eno s s e d ecid e en b ase a d iv ers o s fac to res : el tam añ o d el t ún el, el tipo de equ ipo y perforado ra, la lon gitud de la pega, el m é to d o d e la v o lad u ra, et c . A s u vez, la elecc ión del d iám etro del b arren o , influ ye en:
El número de barrenos en el frente,
•
La necesaria cantidad de explosivos ,
•
La fragmentación y sobre-excavación,
•
La necesidad de bulonado (pernos de anclaje) y
•
La cantidad de hormigón para el revestimiento.
•
Profundidad: La pega es una consideración im po rtante al planificar el ciclo de perforación.
Para lograr un equilibrio correcto entre longitud (profundidad) y duración del relevo. •
También otros factores como: parámetros de la roca y el programa de trabajo. •
En p erforación d e túneles, el nor m al objetivo es, c o n s egu ir el avan ce m ás ráp id o p o si b le.
A lineación: Existen div ersos d e factores qu e pu eden afectar la alineación d e los barren os .
En términos de productividad, la precisión es tan importante como la velocidad de penetración. •
La calidad del trabajo es tan vital como el número de barrenos perforados por hora. •
Con los taladros rectos se distribución óptima del explosivo. •
obtiene
una
La desviación total del barreno es con frecuencia el resultado de una alineación incorrecta, mal emboquillado y desviación interna durante la perforación. •
Unas barras más rígidas pueden ayudar a limitar la desviación interna. •
PERFORACION A ALTA VELOCIDAD
L a acept ación g eneral d e la hi d rául ic a ha ten id o imp ortantes repercusion es en las herramientas d e perforación.
Estas deben resistir los mayores esfuerzos y tensiones que se derivan de la perforación a alta velocidad.
El varill aje est á su jeto a un trato m uy sev ero , como son: Los
esfuerzos de compresión y tracción,
El
desgaste de las roscas,
El
calor generado por la fricción, y
La
abrasión que produce la roca.
BARRIDO O EVACUACION DE DETRITUS En la perfor ación a alta veloc idad es esenc ial un barrid o eficaz para evacu ar el detritu s.
De otro modo, será inevitable que se produzca una reducción de la velocidad de penetración e incluso averías en el equipo. Sea cual sea el caso, la economía de perforación se verá afectada en forma negativa.
Un b arrid o in su fic ient e o rig in ará:
Un mayor riesgo de atascamiento del barreno especialmente de la broca o pastilla. •
Mayor desgaste en forma helicoidal del acero que contiene al inserto. •
El barrido s e realiza po r los s igu ientes m edios: Agua.- Utilizado especialmente en perforaciones subterráneas, para eliminar el polvo. •
Aire.- Especialmente utilizado en perforaciones de superficie, donde la eliminación del polvo se complementa con el empleo de captadores. •
Espuma.- Utilizado en perforaciones de superficie como complemento del barrido por aire, para detritus más pesados o en mayores cantidades. La espuma produce también ciertos efectos de sellado y lubricación de las paredes del taladro. •
ESCARIADO (Perforación de los taladros de cuele). Cons iste en la perforación de taladro s p iloto (35 - 45 m m ) q u e des p u é s s o n es c ariad o s h ast a el gr an d iám etro d e lo s b arren o s d e cu ele (64 - 127 m m ).
Exige una gran precisión y la modificación de los parámetros de perforación para evitar la desviación de los barrenos y que se produzcan fallos prematuros en el varillaje.
Los útiles escariadores especialmente adaptados y los sistemas modernos de perforación hacen que el escariado sea mucho más económico que la perforación a pleno tamaño de los taladros de cuele (arranque).
BULONADO ( Pernos de anclaje) Con ind epend encia del tipo d e bu lon es utilizados , hay una clara necesidad de perforar barrenos p eq u eñ os.
Para los bulones (pernos) Swellex, los taladros deben tener menos de 39 mm de Ø; incluso cuando se utilizan bulones de resina, el taladro debe ser lo más pequeño posible.
En la perforación mecanizada con equipos hidráulicos, los taladros pequeños se perforan más fácilmente con una barra de menor sección transversal, por ejemplo: Hex 28 o Hex 25. También se utiliza comúnmente el varillaje normal para avance de galerías cuando lo permite el diámetro del taladro.
BARRENOS LARGOS Con las velocidad:
modernas
perforadoras
de
alta
La tendencia es perforar más metros desde la misma posición del equipo; •
Es decir, taladros mas largos y un menor número de cambios de posición del equipo. •
Esto permite una mejor organización del trabajo y un importante ahorro de costos.
Hoy en día, en la excavación subterránea es necesario perforar: Cierto número de taladros largos para voladura (pegas más largas), •
Taladros para prospección,
•
Para inyectar cemento e incluso para bulones (pernos) de refuerzo. •
Est e tip o d e talad ro s s e p erfo ra m ás fác ilm ent e co n el sistema de adición de barras (RAS) de Atlas Cop co y las barras d e extens ión SPEEDROD.
PARTES DE UN BARRENO INTEGRAL Espig a o Zanco : Es la parte del barreno q ue ingr esa a la bo cina.
Su extremo denominado "culatín", recibe los golpes del martillo. •
Su longitud es de 4.1/4".
•
Los bordes están achaflanados.
•
Tiene un orificio de 11/32" Ø, avellanado para la fácil entrada del tubo de agua. •
El orificio disminuye a 9/32" Ø para toda su longitud. •
Col lar o Co llarín: Es un a pro m in enc ia o anillo de 1.3/8" d e di ám etro y 3/8" d e lo n g itu d.
Para tener el barreno dentro de la bocina con ayuda de la grampa y en una sola posición. •
Barra o Barrena o Varilla o Cuerpo: De acero hexagon al, oc tagon al o circ ular
Cuya longitud y diámetros son variables.
•
Bro ca o Extrem o co n disp ositivo de corte: Contiene a la pastilla o in serto.
Cuenta con un orificio para la salida del agua y/o aire. •
Los diámetros son variables.
•
BARRENOS BROCAS
INTEGRALES
ACOPLABLES
A
Un extremo en lugar del dispositivo de corte, cuenta con un desgaste cónico: Sirve para alojar a la broca con una platina de bronce entre ambas, •
La platina permite una mayor adherencia sin soldarse por la energía no utilizada. •
La conicidad varía de 6 a 12 grados.
•
Una form a de aprov echar los barrenos integrales orig inales desg astado s, es preparand o el " co no " en un torn o m ecánico o esm erilando
AFILADORAS DE DISPOSITIVOS DE CORTE So n m áq u in as est acio n arias o p o rt átil es accion adas po r aire com prim ido o electricidad.
Sirven para afilar los insertos en forma longitudinal, diametral o circular. Existen afiladoras para los diferentes tipos d e ins erto, co m o: c incel, aspa, cru z, y b oto nes. Igu almente hay marcas o mo delos com o: Grin dex, Roc k Master, Secor oc , etc.
AFILADO DE BARRENOS INTEGRALES NO PERMITA QUE EL DESGASTE SEA EXCESIVO Lo s b arreno s d eben con trolarse con regu laridad, de m anera qu e no s e desgasten excesivam ente entre cada reafilado .
Un excesivo desgaste produce grandes esfuerzos de carácter anormal, tanto al inserto como al resto del barreno, que puede fácilmente producir rotura de alguna clase.
El ti p o d e d esg ast e v aría seg ún las ro cas o m inerales para que se us en las barrenas.
Pero también otras causas pueden ocasionar cierto tipo de desgaste.
Las do s prin cipales clases de desgaste, so n: Desg aste en s entido lo ng itud inal o d el filo, y
•
Desg aste diam etral.
•
Es corriente que estos tipos de desgaste, se presente com binados.
Desgaste en Sentido Lo ngitud inal
Este tipo de desgaste proviene en rocas de clase dura, tales como: granito, gneis, etc. •
Esto trae consigo un desgaste del filo, que por lo tanto se ensancha sucesivamente. •
Cuando el filo ha sido rebajado hasta alcanzar cierta anc hu ra:
Aumentan considerablemente los esfuerzos sobre el inserto como sobre el vástago. •
Disminuye proporcionalmente la capacidad de penetración de la barrena. •
Debido a ello, es de gran importancia que el reafilado se lleve a cabo a su debid o tiem po .
Desg aste
en Sentid o Diametral
Producid os en roc as de gran capacidad de desgaste; Ejemp lo: cu arcita, arenisca, etc. Un desgaste diametral co ns iste en q ue:
Las esquinas del inserto se desgastan fuera de lo normal con el consecuente redondeamiento. •
Si el redondeamiento progresa, sobreviene un desgaste muy fuerte, que en vez de ángulo de incidencia se obtiene el llamado c o n t r a c o n o . •
Si, des p u é s d e la apar ic ión d el c o n tr aco n o , se sigue perforando :
Se puede ocasionar fácilmente la rotura del inserto. •
En este caso el inserto esta som etido a grandes esfuerzos ano rm ales:
Por el efecto de cuña que se produce contra las paredes del barreno que se perfora. •
Y donde la capacidad de penetración de disminuye además considerablemente. •
Tam b ié n es p o s ib le q u e el vás tag o s e ro m p a d eb id o a los excesivos esfuerzos qu e provienen de un desg aste diam etral demasiado gr ande.
Desg aste
Helico idal
La forma especial llamada helicoidal, es una co m bin ación d e desg aste y recalcadu ra. L a c au s a d e é s te d es g as te es m ás q u e n ad a:
La deficiente rotación de la barrena, y
•
La insuficiente salida de residuos debido a la mala presión de agua o aire de barrido. •
Tam b ié n este d esg aste s e p ro d u ce en ro cas m u y bland as (basalto y arenisc as su ave):
Por los residuos de perforación, aunque la presión de aire o agua sea normal. •
Cuando la penetración del barreno es muy rápida, y el residuo de perforación no puede salir con la suficiente rapidez. •
TRATE LAS BARRENAS CON CUIDADO MERECE LA PENA Em pleánd ola en op eracio nes no rm ales de perforado, toda barrena moderna puede resistir m illo n es d e im p acto s d el é m bo lo d e la perf o rad o ra, asíco m o lo s g o lp es c on tra la ro ca.
Sin embargo, si se le diera mal trato durante su transporte y almacenamiento, el resultado puede ser una reducción considerable en metros de perforado.
Más aún; de resultar seriamente deteriorada, puede quedar completamente inutilizada.
Las barrenas so n ciertam ente m uy resistentes, m ás c o n to d o y es o s e las tr atar ác o n el debido c uidado, si es q ue se pretend e q u e rin d an el m áxim o en las perforaciones.
No
Afile con Exceso
Con dem asiada frecu encia oc urre que los insertos se afilan h asta las m ism as esq uin as:
Al perforar rocas con un desgaste frontal normal sin pérdida apreciable de medida. •
Se habrá ocasionado un gran derroche de carburo de tungsteno. •
Pues las agudas esquinas habrán resultado rápidamente comidas por la roca. •
El uso d e barrenas co n d emasiado esquinas en las plaqu itas (inserto):
No proporciona un aumento apreciable del rendimiento de perforado. Por el contrario, este rendimiento se verá disminuido con ciertos tipos de roca. •
Reco m endacion es
Finales
A seg úrese d e q ue:
Las barrenas reciban un manejo adecuado en traslados y almacenamiento •
No se empleen desgastadas, •
barrenas
con
culatas
Se utilice la adecuada técnica de perforación,
•
El barrido durante satisfactorio, •
las
perforaciones
sea
Las barrenas se afilen a su debido tiempo y del modo adecuado. •
