1. perforación en rocas y suelos (1)

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Perforación en rocas y suelos Perforación en rocas

Perforaciones Generalidades

Percusión


Percusión


Percusión


Percusión

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Percusión


Percusión


Percusión


Percusión


Percusión


Percusión

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Percusión


Percusión


Percusión


Percusión


Percusión


Percusión

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Percusión

Perforaciones Generalidades Percusión

Perforaciones Rotación

Taladro domestico con una broca para concreto

Perforaciones Generalidades - Continuación

Perforaciones en suelos

- Percusión y rotación con equipo similares a los para roca, pero con sostenimiento.

- Auger (espiral)

Simultáneamente a la perforación hay que preocuparse de sostener:

- Material granular: se derrumba

- Material cohesivo: se deforma y cierra

Perforaciones Percusión en Roca

Cincel Manual: Hasta unos 50 cm de profundidad 10 golpes por minuto 30 cm/hr Renueva cincel cada 30 cm, se lleva a afilar Cada aprox ½ cm se saca cincel se extrae detritus

con cuchara y se agrega agua para enfriar.

Perforaciones Perforadora neumática

Se mecaniza en 1880 Dentro de una carcaza un pistón que golpea unos

200 gpm. Requiere:

Mejorar la punta de la herramienta con insertos de carburo tungsteno.

Sacar detritus y refrigerar mediante soplado o lavado agua Avance 30 a 60cm por min.

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Perforaciones Herramientas de Perforación

Las herramientas están formadas por cuatro piezas, todas huecas en el centro: • Culatín. Es una pieza corta que se introduce en la máquina perforadora y que recibe los golpes, tiene un pedazo de barra y termina en hilo cordel. • Barras. Habitualmente de tres a seis metros de largo. En ambos extremos tienen hilo cordel macho. • Coplas. Son hembra en ambos costados. • Broca

Perforaciones Brocas

Perforaciones

Perforadora manual trabajando en el piso

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras

Según su tamaño, las perforadoras se clasifican en:

- Perforadoras livianas (portátiles)

- Perforadora pesada

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora liviana


Pesan entre 20 y 30 kg. Las puede transportar una persona. Se pueden usar en cualquier punto donde se pueda llegar

caminando. Perforaciones de diámetro pequeño: usual 32 a 38 mm. Perforaciones cortas de no más de 3,6 metros. Se utiliza en faenas pequeñas y cuando hay problemas de

acceso. Ocupan herramientas “integrales” “telescópicas”. Integral: una sola pieza sin acoplamientos culatín barra y broca.

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Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora liviana (Continuación) Telescópica: Se inicia la perforación con una herramienta corta de unos 80

cm útiles. Se saca dicha herramienta y se cambia por otra de 1,6 metros

y un diámetro menor. Después barras de 2.4, 3,2 4,0 cada una con un milímetro de

diámetro menor. Rotación proporcional al número de golpes Velocidad se controla con la válvula del Aire Comprimido

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora liviana (Continuación)

Bajo consumo de aire comprimido. Aprox 125 p.c.m.

Rendimiento aprox 20 cm/min 8 metros/hr. Se sujeta en la barra de perforación y en una pata

telescópica.

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora liviana (Continuación)

Son baratas y usan compresores de aire pequeños.

Costo de herramientas muy alto. Costo: ~ USD 1.800 + Compresora


Perforadora liviana



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Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora pesada

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora pesada (Continuación)


Se posiciona en un carro sobre un riel que lo sujeta a un brazo mecánico.

Está montado en un vehículo: - Oruga - Neumáticos - Rieles Herramientas acopladas (hilo cordel) Rotación independiente

Perforadora pesada (Continuación)

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Perforadora pesada (Continuación)

Consumo de aire: 200 – 800 pcm El rendimiento depende de la roca y del diámetro de

la perforación: ~30-60 cm/min, 15-30 m/hora Costo: hasta ~ USD 90.000 + Compresora

Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Tiempo para una perforación 1. Ubicar, perforar ubicar, perforar longitud primera barra 2. Fijar barra para que no gire para evitar desacople la broca y barras en

interior perforación. 3. Desacoplar culatín-barra, llevar máquina al extremo contrario, presentar

nueva barra, girar para acoplar, soltar barra en la perforación. 4. Perforación longitud 2ª barra. 5. Se repite 2, 3 y 4. 6. Al terminar perforación retiran barras de a una.

Entre más larga la carrera, menos tiempo en agregar y quitar barras. A mayor peso del mástil más pesado y más caro. A mayor alcance del brazo, también más peso y costo

Perforaciones Perforación en roca – Rotación, triconos Lo más usado son los

triconos.

No se usan en construcción para excavación con explosivos. Se usan para pozos y en la gran minería.

Son equipos caros y pesados.

Grandes diámetros de perforación, gran velocidad

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Perforaciones Perforación en roca – Rotación, corona de diam.

Otros sistema es la rotación con corona de diamantes.

Se usa para sondajes de investigación de suelos y rocas.

Perforaciones Perforación en roca – Rotación, corona de diam. Otros sistema es la rotación con corona de diamantes.

Se usa para sondajes de investigación de suelos y rocas.

Perforaciones Perforaciones en roca – Martillo de fondo En excavaciones profundas se pierde mucha energía a lo largo de

las barras. Golpe se transmite por las barras.

Pérdida de energía en las barras, proporcional a la profundidad.

Al perforar baja sensiblemente el rendimiento. Equipos normales en construcción < 10 m pero ya a los 6 m se pone lento.

Una alternativa para solucionar este problema es el martillo de fondo (DTH – down the hole). DTH lleva el martillo de aire comprimido en el fondo. No pierde energía con la longitud de la perforación por lo que el rendimiento se mantiene constante.

Broca-martillo-barras y coplas-culatín. El equipo de la superficie sólo rotación y empujar y tirar.

Perforaciones Perforaciones en roca – Martillo de fondo (DTH)

Diámetros sobre 8 cm, normal sobre 10 cm.

Lo caro está al fondo, y existe peligro de perderlo.

Si la perforación es de gran profundidad y/o hay presencia de agua, se requiere mayor presión.


La perforadora puede ser accionada por aire comprimido (neumáticas) o por un fluido (hidráulicas)

El A.C. está en circuito abierto: lo captan, lo comprimen, pasa por la perforadora y escapa (gran ruido)

El diámetro de las mangueras de A.C. es de ~ 20 a 30 mm.

Tienen una manguera por cada pistón.

Perforadoras neumáticas (aire comprimido)


El fluido es un aceite de baja viscosidad (similar al líquido de frenos)

Trabaja a presiones muy altas. A mayor presión, menor diámetro de manguera.

Funciona con un circuito cerrado por lo que tiene doble cantidad de mangueras (pero de menor diámetro)

Los golpes son más despacio pero con mayor frecuencia

Perforadoras hidráulicas

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Perforaciones Perforación en roca – Percusión, perforadoras Comparación perforadoras hidráulicas v/s neumáticas

Hidráulica Neumática Velocidad de perforación 3 1

Consumo de brocas 1 3 Ruido Sólo el golpe de la

herramienta Muy fuerte, escape de

aire Neblina en túneles No Importante. El aire al

expandirse se enfría y condensa humedad

Consumo de energía 1 3 Costo 1 1 (considerando

compresor) Tamaño Sólo grandes pero están

apareciendo pequeñas Distintos tamaños

Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

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Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

Perforaciones Fotos

Perforación en suelos

Perforaciones Perforación en suelo

Se perfora con los mismos equipos y herramientas de la perforación en roca.

- Percusión

- Rotación

Con palas y cinceles (pozos, pilotes, paredes moldeadas). También es percusión.

Auger

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Perforaciones Perforación en suelos – Pilotes y pozos Fabricación en sitio Se debe perforar en el diámetro

especificado usando lodo o revestimiento (tubería)

El tubo se hinca a golpes y en caso de φ mayores, empujando y rotando (oscilando)

Para excavar se usa una pala especial de forma cilíndrica similar a un “cucharón de almeja” (φ > 50 cm.) o se usa una tubería con una “clapeta” (φ ~ 40 – 50 cm.) Tubería con

clapeta

Perforaciones Perforación en suelos – Pilotes y pozos

Fabricación en sitio (Continuación) Si el suelo es duro se debe usar un

“cinsel” (fierro pesado en punta)

Es normal usar el cinsel en excavación con clapeta en diámetros pequeños.

Al uso del cinsel se le llama percusión por cable. Es un trabajo muy intensivo en M.O.

Perforaciones Equipo Auger

Perforaciones Perforación en suelo

Se requiere soportar el terreno:

Entubación

Lodos

Perforaciones Perforaciones en suelos - Entubación La perforadora debe perforar y simultáneamente girar

y empujar una tubería. Hay otras máquinas que oscilan y otras que golpean la tubería.

La máquina es mucho más complicada que una máquina normal (sin entubación)

La tubería se va apretando a mayor profundidad por el mayor roce (mayor superficie de contacto)

Esto limita la profundidad por lo que una alternativa es telescopear la tubería. De todas formas la entubación se usa hasta ~100 m.

Telescopeado

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Perforaciones Perforaciones en suelos - Lodo La alternativa para excavaciones de mayor profundidad es el uso de

lodo (generalmente bentonítico)

No hay derrumbes de bloques o de terreno por el roce debido a la compresión.

No es válido para partículas en la superficie.

Técnica de la industria petrolera donde se perfora hasta miles de metro de profundidad.

Perforación

Arco en el suelo

Perforaciones Perforaciones en suelos - Lodo La densidad del lodo es aproximadamente 1.05 veces la

densidad del agua.

El lodo tiene un índice de plasticidad altísimo (~300)

El lodo forma una película llamada cake sobre la superficie de la perforación.

La pequeña presión hacia fuera que ejerce el lodo es suficiente para que no se desprendan partículas.

El cake:

- Recubre y da cohesión a las partículas

- Impide que salga el barro.

Perforaciones Perforaciones en suelos - Lodo El cake debe ser fino y flexible. El lodo barato forma

un cake grueso y rígido.

Por lo general existe entre un 10 a un 15% de pérdida de lodo.

El lodo bentonítico es tixotrópico. En movimiento se comporta como líquido y en reposo, se comporta como gel.

Debido a la tixotropía evita la decantación (se usa en pinturas) y, con poca velocidad, es capaz de arrastrar sólidos (se usa para transportar sólidos en tuberías)

Perforaciones Perforaciones en suelos - Lodo

El detritus se extrae con una corriente ascendente de lodo. Debido a la tixotropía poca velocidad y caudal.

El lodo se recupera (limpia): - Harneado en una “zaranda” que es un harnero vibratorio.

- Centrifugado


Entra tangencial

Lodo

Material grueso

Lodo


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Perforaciones Pozos de extracción de agua subterránea • Se ocupan pozos de entre 0,2 a 0,5 metros de

diámetro

• Profundidades 10 a 150 metros.

• Se excavan con entubación o con lodos bío degradables.

• Se termina con una tubería rejilla y tubos ciegos dentro de la perforación, rodeados de gravilla.

• En el interior de la tubería se baja una bomba de pozo profundo con su tubería de impulsión.


Fabricación en sitio (Continuación) Construcción de un pozo para extracción de agua:

1.- Excavación con revestimiento

2.- Colocar tubo rejilla (revestimiento definitivo)

3.- Colocar gravilla entre el tubo de sostenimiento y el tubo rejilla

4.- Sacar el revestimiento del pozo


Construcción de un pozo para extracción de agua:

Revestimiento



Tubo con rejilla

Tubo ciego Revestimiento



Tubo con rejilla

Tubo ciego

Gravilla

Se retira el revestimiento

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Tubo con rejilla

Tubo ciego

Gravilla



Tubo con rejilla

Tubo ciego

Motor de la bomba

Gravilla

Aspiración de la bomba



Tubo con rejilla

Tubo definitivo

Tubo ciego

Motor de la bomba

Gravilla

Aspiración de la bomba

Bombas

Perforaciones Pozos, Habilitación y desarrollo del pozo Desarrollo del pozo:

Se provoca con un pistón succión para extraer los finos del suelo en el entorno del pozo. Objeto aumentar permeabilidad.

Se pistonea, se saca el pistón y se extraen los sólidos del interior.

Se repite el proceso hasta que dejan de salir finos.

Se instala una bomba para medir la producción.

Se instala la bomba definitiva.


Desarrollo de un pozo para extracción de agua:

Tubo con rejilla

Tubo ciego

Gravilla

Bruscamente

Pistón

El agua entra y sale bruscamente limpiando de finos

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Perforaciones Perforaciones en suelos - Pilotes Funciones de los pilotes:

• Mejorar fundación.

• Transmitir presiones de la fundación a estratos resistentes. Resisten compresión y flexión.

• Fundar en profundidad. Resisten compresión y flexión.

• Muros de sostenimiento.

• En los ríos en el valle central se deben fundar los puentes bajo la cota de la erosión durante las crecidas.

Perforaciones Ejemplo: Río con cauce normal

Río

Pilar

Zapata de fundación

Fondo

Perforaciones Ejemplo: Río con crecida

Río

Pilar

Zapata de fundación

Fondo

Perforaciones Perforaciones en suelos - Pilotes Pueden trabajar:

• De punta transmitiendo compresión a su extremo.

• Roce, resisten compresión en la cabeza y la transmiten por roce al suelo que los contiene.

• Empotrados en el terreno.

• Como pila o muro de sostenimiento (se verá más adelante)

Perforaciones Perforaciones en suelos - Pilotes

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Terreno duro

Terreno suelto


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Perforaciones Perforaciones en suelos – Pilotes

Pilotes hincados. Se hincan a martillazos, el equipo se llama martinete.

- Madera - Perfiles Metálicos - Tubos - Hormigón

Pilotes de hormigón construidos en sitio

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Perforaciones Perforaciones en suelos – Pilotes en sitio

Diámetros entre 50 a 150 cm. Profundidades 10 a 40 mts.

Procedimiento: • Se hace perforación, generalmente con entubación. - Se va excavando en el extremo de la entubación con una pala tipo cucharón de almeja o con un pequeño auger. - Se hinca la tubería rotándola y empujándola. Hay osciladoras y otras con rotación completa. • Se introduce la enfierradura prefabricada.

Perforaciones Perforaciones en suelos – Pilotes en sitio

• Se hormigona con un tubo con embudo (tubo tremie):

- El hormigón se hace llegar con la tubería al fondo desplazando el agua. - Se contaminan los primeros hormigones que llegan al fondo. - Después el extremo del tubo se mantiene sumergido en el hormigón fresco haciendo que desplace el agua sin mezclarse con ella. - El hormigón que primero llega a la superficie es el que se contaminó y se puede eliminar. - Junto con la subida del hormigón, se va retirando la entubación de modo que el hormigón queda contra terreno.

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Perforaciones Perforaciones en suelos – Pared Icos

Para construir paredes continuas se inventaron los pilotes secantes (pared Icos), tienen el nombre de un contratista.

Un pilote junto al otro. Si se requiere resistencia, se hace uno por medio armado.

Perforaciones Perforaciones en suelos – Pared Icos

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Pilotes Secantes (ICOS)

Pilotes de hormigón armado.

Al construirse “muerde” a los dos vecinos de hormigón.

Perforaciones Perforaciones en suelos – Pilotes Secantes

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