Anclaje y Soporte de Roca

Anclaje y Soporte de Roca en Túneles

• Por William J. Mussack

• Minova Americas

• Para ACTOS

• Colombia

• Noviembre 2008

Cuando se hace una apertura en la roca, el estrato circundante invariablemente

se hace más inestable. El estrato se puede reforzar mediante varios métodos

de soporte.

El objetivo o propósito principal del soporte o refuerzo de roca es activar,

conservar, y mejorar la fortaleza inherente del estrato y mantener su capacidad

de sostener la carga.

Intimamente ligado a Seguridad

Túneles y Estabilización de Roca


Proveer adecuado control de strata ha sido y seguirá siendo factor clave en eléxito para asegurar la vida útil y seguridad de una mina o un túnel.

El éxito de un refuerzo de roca adecuado no se mide solo en su efectividad como prevención contra el cierre de la excavación sino también en como impacta en el costo del proyecto y su seguridad.

Cada túnel es único. Se requiere capacidad, experiencia, productos adecuados, creatividad, y trabajo en equipo para solucionar los retos de cada proyecto. No hay túneles fáciles.


Existen dos tipos de métodos de soporte:

1. Soporte Pasivo – Los métodos que esencialmente proveen una restricción

(restraint) superficial a la masa de roca mediante la instalación de

elementos estructurales en la superficie. Por ejemplo, apoyos de madera,

arcos de acero, packs de madera, mallas, y materiales lanzados como

gunite-concreto.

Se les dice “pasivos” a estos métodos de soporte porque requieren del

movimiento de la masa de roca para desarrollar su carga de resistencia.


2. Soporte Activo – Se refiere a métodos de refuerzo que modifican el

comportamiento interno de la masa de roca mediante la instalacion de

elementos estructurales dentro de ella.

Estos métodos activos están diseñados con la intención de reaccionar a los

movimientos de la masa rocosa, desarrollar fuerzas de contención, y transferir

éstas fuerzas de regreso a la masa rocosa.


Ésta presentación intenta mostrar a los ingenieros y dueños de

proyecto, una variedad de productos, técnicas actuales e innovaciones

en el campo de pernos y soporte de roca (métodos activos) que tienen

a su disposición para resolver problemas.

1. Pernos y Sistemas de Anclaje

2. Resinas Encartuchadas

3. Resinas Inyectadas

Productos para Anclaje y Soporte de Roca

ResinasInyectables

Pernos

Bombas

Resinas Inyectables

Resinas Encartuchadas


Éstos productos se utilizan para:

1. Refuerzo y Sostenimiento

2. Consolidación de Roca

3. Contrarrestar el ingreso de agua

4. Continuidad en el Avance de Operaciones

5. Seguridad

Pernos para Soporte de Roca

Pernos GRP Fibra de Vidrio

Pernos de Fricción

PernosTradicionales

e.g.30/1640/2052/26103/51R 32R 38

e.g.K60-25K60-30J64-25

27/15 R32K75

e.g.12 Mn12 PL20 Mn20 PL24 Mn24 PL

e.g.Ø 18-50 mmBST 500 S

PernosAuto-Perforantes

Tipos de Pernos para Soporte de Roca

• Pernos Tradicionales

• Pernos de Fricción

• Autoperforantes o Pernos de Inyección

• Fibra de Vidrio

Rock Bolts

e.g.Ø 18-50 mmBST 500 S

Pernos Tradicionales

• Soporte Primario

• Con Resinas Encartuchadas o Inyectadas

• Con Lechadas Cemento

• De Tensión

• Con Mallas

Pernos de TechoSoporte Primario

• Perno para Resina• Columna Total

– Diámetro

– Grado de Acero

– Cabeza Fija

– Punta para Mezclar Resina

– Maleables para poder doblar

• Perno de Tensión – Atornillables

– Con Resinas Encartuchadas

– Tornillo Restringido Restricted Thread and McDowell (back-spin) design

– Maleables

– Longitudes Típicas

• 1.8 m, 2.4 m, 3.0 m

Perno de TensiónSoporte Primario

• Double Lok Bolt– Diámetro

– Grado de Acero

– Cabeza de Expansión

– Con Resina produce “doble lock”

Pernos de ExpansiónSoporte Primario

• Platinas• Canales• Straps• Tuercas• Mallas

Accesorios para SoporteSoporte Primario

Pernos de Fricción

Friction Bolts

e.g.12 Mn12 PL20 Mn20 PL24 Mn24 PL

• Rápidez

• Facilidad

• No requiere lechada

Pernos de Fricción

Proveen soporte inmediato

Instalacion fácil y rápida

Fijado en el barreno con agua a presion (300 bar)

�� durante su expansión, el perno comprime la roca alrededor del barreno.

�� su forma se adapta a las irregularidades del barreno.

�� crea seguridad mecánica a lo largo del perno.

�� la estabilidad y capacidad de carga de la roca se incrementa

�� la capacidad de carga de la roca sera transferida (aceptada) sin medios auxiliares de soporte mecánico o por el efecto de lechadas de resina o cemento.

Pernos de Fricción con AguaPernos de Fricción con Agua

�� soporte inmediato a lo largo de todo el perno

�� capacidad de carga inmediata

�� asume grandes movimientos de roca

�� gran tolerancia en el caso de variaciones del diámetro de barrenación

�� adaptación a las desigualdades del barreno

�� insensible a vibraciones de voladura

�� simple proceso de fijación de perno de cualquier longitud

�� típicas de carga de rotura – 100 kN, 120 kN, 200 kN

Pernos de Fricción con AguaPernos de Fricción con Agua

Características

www.minovacodiv.com - Pol. Ind. Riaño II, parcela 52. 33920 Langreo, Asturias, España. - Tel. +34 985669911 - Fax. +34 985 66 99 44

BOLTEXDescripción del Producto

Minova Codiv ha tomado con el anclaje de tubo de

fricción BOLTEX una nueva línea de productos en

su programa de suministro.

El anclaje de tubo de fricción BOLTEX se aplica

principalmente para la cimentación de las capas

pendientes en la minería y en la construcción de

túneles. La adhesión con la roca se efectúa

mediante fricción entre el anclaje expandido por

presión hidráulica y la roca. Los anclajes de tubo de

fricción BOLTEX pueden ser sometidos a esfuerzo

completo inmediatamente después de su colocación

y pueden soportar inmediatamente los movimientos

de la roca. La fuerza portante actúa sobre el largo

total del anclaje

Ventajas

Detalles Técnicos

Fuerza portante inmediata en el largo total

del anclaje montado.

Insensible frente a oscilaciones.

Instalación segura y sencilla.

Alta adaptabilidad a taladros de diferentes diámetros.

Con calidad controlada en cada instalación.

Rapidez de instalación.

Uso de bombas de alta presión eléctricas y neumáticas

Los anclajes BOLTEX pueden ser suministrados en tres tipos

diferentes, Boltex 10, 12 y 20, con cargas de rotura mínimas que

oscilan entre los 100 KN y los 200 KN.

Con una elongación mínima del 25 % y unas longitudes de

suministro entre 1 y 8 m.

La presión de instalación es de 300 bar.

Certificados de calidad según normativa EN 1537


BOLTEXAccesorios y Bombas de Alta Presión

Accesorios

Para el sistema de anclaje BOLTEX existe un amplio programa de accesorios. Para

la fijación de los anclajes de tubo de fricción BOLTEX hay a disposición bombas de

alta presión con accionamiento eléctrico y neumático.

Bomba eléctrica HDP 300 E

La bomba, compacta y de alta potencia, está concebida para una presión de

trabajo de hasta 300 bar. El mando eléctrico con el interruptor combinado On/Off –

interruptor de parada de emergencia y protección contra la marcha en seco,

garantiza un servicio sencillo y seguro. El grupo potente de alta presión, de

escasos ruidos y vibraciones, ofrece la base para una instalación segura y rápida

de los anclajes BOLTEX.Bomba eléctrica HDP 300 N

La bomba, compacta y de alta potencia, es accionada por aire a presión y está

concebida para una presión de trabajo máxima de 300 bar. Una válvula neumática

de seguridad asegura la instalación contra sobrecargas no previsibles. El grupo

potente de alta presión ofrece la base para una instalación segura y rápida de los

anclajes BOLTEX.

Dispositivo de instalación

El dispositivo de instalación se requiere para la

fijación de los anclajes BOLTEX.

Después de empujar la cabeza de relleno en el

casquillo asentador del anclaje de tubo de

fricción BOLTEX, se empuja éste en el taladro.

Accionando la palanca de la válvula se

despliega el anclaje, con agua,

hidráulicamente, en el taladro y es fijado en el

taladro con una presión máxima de hasta 300

bar. Después de alcanzarse la presión máxima

de asentamiento, se suelta la palanca de la

válvula y la cabeza de relleno es retirada del

casquillo asentador del anclaje.

Pernos Auto Perforantes

e.g.30/1640/2052/26103/51R 32R 38

Pernos Auto-Perforantes

• También conocidos como:• SDA Self Drilling Anchors• Pernos para Inyección de

Resinas

� Pernos de acero con vacío interno

� El vacío permite llenar con resina

� Perno es acopable

� Perno se pierde en la operación

� Diámetro externo e interno

� De 30mm/16mm a 105 mm/53 mm

� Fuerza máxima de 220 kN – 3640 kN

Acople

Barra

Vacío

Tuerca

Drill bit

Pernos Auto-Perforantes Pernos Auto-Perforantes

Platina

� Mejor estabilidad de la barra

� Relleno eficaz – inyección de barreno desde fondo garantiza total relleno

de perforación y fisuras.

� Ideal para consolidación de roca

� Prolongación sin límite de la barra con acoples facilitando su transporte

y colocación en lugares de difícil acceso o espacios reducidos.

� Ahorro de costos – realización de la perforación, colocación del perno, e

inyección en una única fase de trabajo.

Pernos Auto Perforantes Pernos Auto Perforantes

Características


Bulonar e Inyectar en una fase de trabajo

Barra y bulón inyectable

En función de la aplicación de las barras WIBOREX, también se les puede llamar

pernos de anclaje o pilotes. Este sistema es idóneo para bulonar, pilotar, anclar o

consolidar terrenos.

El sistema WIBOREX se caracteriza por los siguientes puntos:

Mejor estabilidad de la barra: La barra (tubo) utilizada como bulón, mejora la

estabilidad respecto a la barra maciza en lo referente al doblamiento, corte y

fricción.

Relleno eficaz: La utilización de la barra para la inyección del barreno desde el

fondo, garantiza un total relleno de la perforación y las fisuras.

Prolongación sin límite de la barra/bulón facilitando así su transporte y

colocación en lugares de difícil acceso, o en espacios reducidos.

Ahorro de costes: Realización de la perfo-ración, colocación del bulón, e

inyección en una única fase de trabajo.

Fácil montaje y manejo del sistema.

Foto. Perforación con Barra/Bulón WIBOREX mediante martillo ligero con columna

Sección de la Barra/Bulón

WIBOREX.


AUTOPERFORANTESAccesorios y Aplicaciones

Accesorios del SistemaCoronas

Manguitos

Mezclador

Placa

Barra/ Bulón

Tuerca de cabeza redonda

Adaptador de perforación

Foto. Unión de 2 barras WIBOREX con manguito de prolongación

Foto. Barra/Bulón WIBOREX y accesorios

Accesorios AdicionalesIndicadores de carga

Cabeza de Fricción

Gancho para carga

Cabeza de amarre de fondo

Tapones del tiro

Obturadores


Foto. Consolidación de la corona en el avance de un túnel mediante Barra/Bulón WIBOREX

Bulonaje en la entrada y consolidación de techos en la zona de

talleres.

Consolidación de soleras inconsistentes.

Consolidación previa al avance de zonas fracturadas en la minería

y obra civil.

Bulonaje en sistemas de avance por el Nuevo Método Austriaco de

Construcción de Túneles (NATM).

Aseguramiento de pantallas de todo tipo.

Aseguramiento de taludes en carreteras y vías férreas.

Anclaje de paranieves.

Anclaje de pantallas de sonido en autopistas, torres de alta tensión

Aplicaciones

Foto. Bulonado y consolidación de un

talud para la cimentación de

zapatas, mediante sistema WIBOREX.

Luarca. Asturias

Aplicaciones en Minería y Obra Civil

Consolidación de terreno en

talleres

Anclaje de Taludes

�� Anclaje de Sistema con Macizo de Roca

Principales Aplicaciones

Pernos AutoperforantesPernos Autoperforantes

�� Proveer soporte precediendo el avance



�� Reparación o Reconstrucción Túneles



7.0 m

WIBOREX - Injection Rock Bolts

TBM

Geological faultwith quarry rock

WILKIT-Foam

4.0 m

7.0°

Estabilización por delante de TBM

Resinas Aplicables

� Geofoam – 2 Componente Silicato

� CarboPur WF or WFA – 2 Componente de Poliruteano

� Inyectado con autoperforantes

Coupling Sleeve 54 x 140 mm

100 cm

Detail: WIBOREX 40/16 Injection Drill Bolt

3000 mm

Tunnelface

Longitudinal section: Geological Fault Zone

Cross cut drill bit 90 mm

Injection-Drill-Bolt WIBOREX 40/16

WILKIT-Foam

Rock

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + +

Area colapsada

Arcilla

Grava.

Arena

Perforaciones

MÉTODO DE PARAGUAS CON PERNOS AUTOPERFORANTESY SISTEMA DE RESINAS

Pernos de Fibra de Vidrio (GRP)

GRP Bolts

e.g.K60-25K60-30J64-25

27/15 R32K75

� Alta resistencia a la corrosión

� Aplicacion Permanent

� Material muy ligero

� 40% menos peso que equivalente de hierro

� Puede cortarse

� Alta resistencia a compresión > 1000 MPa

� Flexibilidad

� Más fácil manejo y facilidad de montaje

� Menor variabilidad de precio de materia prima

Pernos Fibra de Vidrio GRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)Pernos Fibra de Vidrio GRP (Glass Fiber Reinforced Polymer)

Características


Pernos de Fibra de VidrioSistemas de Anclaje

Material

Los anclajes WEIDMANN GRP se utilizan,

principalmente, para la consolidación de roca, en la

construcción de túneles, y en la minería, estabilización

de taludes y terraplenes.

Los anclajes WEIDMANN GRP se utilizan en el bulonado

junto con la resina organomineral GEOFLEX o

GEOTHIX, cartuchos de resina, o con morteros.

Debido a su alta mecanibilidad, se pueden anclar en el frente de

un túnel para consolidarlo y estabilizarlo sin tener que dañar las

herramientas de corte de la cabeza de una tuneladora.

Los componentes del anclaje WEIDMANN GRP son

materiales compuestos de fibra, empleando para su

fabricación las tecnologías más avanzadas

Tipos de bulones WEIDMANN GRP

WEIDMANN GRP K60 Barras Sólidas

WEIDMANN GRP J64 Barras tubulares para inyección.

WEIDMANN GRP JBR R32 Barras autoperforantes

WEIDMANN GRP Cables Barras de cables

Comparado con el aluminio o el acero, la fibra de vidrio con refuerzos

de plástico (Glass fibre reinforced plastics GRP) posee las siguientes

ventajas:

Alta resistencia a la corrosión

Material muy ligero

Material fácilmente mecanizable.

Alta resistencia a la tracción

Buen comportamiento a largo plazo

Gran facilidad de montaje.

Alta flexibilidad

Ventajas del AnclajeWEIDMANN GRP

Barras de Anclaje Sólidas GRP K60 y Tubulares GRP J64Los bulones tienen una alta capacidad máxima de carga

de trabajo y una gran adherencia tanto con las resinas

como los morteros de anclaje debido a su perfil de rosca

continua. Además, dada su alta resistencia a la corrosión

y a sus buenas propiedades mecánicas, son las más

apropiadas para estabilizaciones a largo plazo.


Pernos de Fibra de Vidrio Características Técnicas


Pernos de Fibra de Vidrio

Los anclajes autoperforantes WEIDMANN JBR R32 se utilizan

principalmente para la consolidación de roca en la construcción de

túneles y en la minería, así como para la estabilización de taludes y

terraplenes.

Gracias a la alta flexibilidad y a la

ligereza que poseen este tipo de

bulones, los hacen idóneos para

trabajar en espacios confinados.Los anclajes WEIDMANN JBR R32 se utilizan en la perforación junto

con resinas de consolidación de terrenos organo-minerales tipo

GEOFLEX.

Debido a que son fácilmente mecanizables tanto los bulones

autoperforantes WEIDMANN JBR R32 como la resina de

consolidación de terrenos GEOFLEX, forman un sistema óptimo para

el tratamiento del frente de un túnel para consolidarlo y estabilizarlo

sin tener que dañar las herramientas de corte de la cabeza de la

tuneladora.

El anclaje de los bulones autoperforantes WEIDMANN JBR R32, se

pueden realizar con máquinas de rotación standard, pero no con

máquinas de percusión.

Ejemplos

Pernos de Fibra de Vidrio Pernos de Fibra de Vidrio

RESINAS ENCARTUCHADASCartuchos de Resina

Solutions from Materials Technology

• Resinas de Poliester Encartuchadas sonutilizadas para anclar pernos en minas y túneles.

• Mas de 1,000 diseños de cartuchos:

– 10 Velocidades

• Rápida

• Lenta

– 4 Viscosidades

– 3 Diametros

– Cualquier longitud

• Veloci

Cartuchos de Resina de Poliéster

� Alto poder de fijación

� Fijacion Inmediata - No hay tiempo de espera como lechadas de

cemento

� Impide formación de nuevas grietas

� Resistencia a golpes y vibraciones

� Incremento de seguridad por la mejora en la estabilidad del terreno

� Protección contra la corrosión del perno a lo largo de perno

� Aplicación rápida y segura

Resinas Encartuchadas de PoliésterResinas Encartuchadas de Poliéster

Características

� Compuesto de dos componentes en una doble cámara plástica de

polietileno.

� Un componente es el mastic de resina de poliéster y el otro un

catalizador que al mezclarse reaccionan para formar la resina.

�La mezcla de los componentes se produce mediante la rotación del perno

en el barreno.

� Finalizada la reacción, se obtiene una fijación resistente entre el perno y

las paredes del barreno.

Resinas Encartuchadas de PoliesterResinas Encartuchadas de Poliester

Características


Resinas EncartuchadasDescripción del ProductoLos cartuchos de fijación LOKSETKP

están compuestos por dos resinas,

dispuestas en una doble cámara plástica

de polietileno. La mezcla de ambas se

produce mediante la rotación del bulón en

el barreno. Una vez finalizada la reacción

de los componentes, se obtiene una

fijación resistente entre el bulón y las

paredes del barreno.

Aplicación

Perforar un barreno con el correspondiente diámetro y profundidad,

dependiendo de la longitud del bulón.

Introducir la cantidad necesaria de cartuchos en el barreno para la

adecuada fijación del bulón.

Tener en cuenta el tiempo necesario para una correcta mezcla.

VENTAJAS

Aplicación segura y rápida

Alto poder de fijación

Impide la formación de nuevas grietas

Resistente a golpes y vibraciones

Incremento de la seguridad por la

mejora en la estabilidad del terreno

Impide la corrosión del bulón

Datos TécnicosTIEMPO DE FRAGUADO (25 ºC) 20-180 s

SOPORTE DE CARGAS Inmediato

RESISTENCIA A COMPRESIÓN DESPUÉS DE 24H / 25 ºC > 70 Mpa

FUERZA DE ADHERENCIA DESPUÉS DE 24H 500 KN

MÓDULO DE ELASTICIDAD (DINÁMICA) DESPUÉS DE 24H >15 Gpa

DENSIDAD MEDIA DEL CARTUCHO Aprox. 2000 kg/m3

TEMPERATURA DE REACCIÓN 100 ºC

FACTOR DE HINCHAMIENTO 1


Resinas EncartuchadasCampo de Aplicación

Diámetro 19 mm Diámetro 25 mm Diámetro 32 mm Diámetro 40 mm

Largo(mm)

Volumen (mm)

Largo (mm)

Volumen (mm)

Largo(mm)

Volumen(mm)

Largo(mm)

Volumen(mm)

- - 280 137 - - - -

300 85 300 147 300 241 300 337

400 113 400 196 - - - -

500 142 500 245 500 402 500 628

600 170 600 295 600 482 - -

750 213 750 368 750 503 - -

Campo de AplicaciónFijaciones de bulones en paredes tanto secas como húmedas.

Bulones de sostenimiento.

Aplicable tanto en el campo de la construcción como en minas y túneles.

Suspensión de cargas

Anclaje de maquinaria pesada

Almacenamiento

Los cartuchos deben almacenarse en lugar fresco y seco. En condiciones correctas el

periodo de almacenamiento puede superar los 6 meses.

ATENCIÓN

Proteger de la luz solar

No apilar en Pallets

ATENCIÓN

Es fundamental tener en cuenta

la relación diámetro del barreno

con el diámetro del bulón. (Por

ejemplo: Diámetro del barreno

=28 mm; Diámetro del bulón =

22 mm).

La holgura entre el bulón y el

barreno tiene que corresponder

con el volumen del cartucho de

fijación.

Existen cartuchos desde 19 hasta 40 mm de diámetro y longitudes desde 300 hasta 750

mm

Documents

Anclaje y Soporte de Roca