Barras Brocas y Barrenos

BARRAS, BROCASY BARRENOS

VARILLAJE DE PERFORACION

Descripción:Son barras de acero especial (hexagonal u octagonal) con o sin orificio axial, con o sin filo cortante o botones, de mayor dureza que la roca; que

•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).

B A R R E N O

El acero de las barras o barrenas, deben reunir las siguientes condiciones:

•Rigidez, para reducir al mínimo las pérdidas de energía y mejorar la alineación.

Esto depende principalmente del tamaño en longitud.

•Resistencia a la fatiga, para soportar los esfuerzos de tracción y compresión.

•Tenacidad en el acero, para evitar rotura por altos esfuerzos en el inserto.

Debe resistir los esfuerzos de tracción y compresión.

•Resistencia al desgaste del acero (Dureza): para asegurar una larga duración.Las roscas; y el inserto al perforar en roca dura con una elevada fuerza de impacto.

Estas cualidades de los aceros, se obtienen de la siguiente manera:

Carburación, que incrementa el contenido de carbono en una capa superficial:

•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

La parte de las culatas es tratada térmicamente por separado.Para resistir las cargas de impacto del pistón.

Dureza superficial por alta frecuencia, para aceros con bajo contenido de carbono.

•Usados para barras de extensión, culatas, acoples y brocas.

•Se obtiene por temperatura (900ºC) para luego ser sumergida en el agua.

Bombardeo con esferas de acero

Para incrementar la resistencia del acero a la fatiga.

Protección contra la corrosión.

•Mediante una fosfatación y aplicación de una fina capa de cera al acero.

•Cuya protección será durante su vida útil.

El metal dura (carburo cimentado) es una mezcla de carburo de tungsteno cuyos granos son de 2 a 5

micras y en una proporción de 88 a 94 % en peso, y cobalto de 6 a l2 % en peso, sinterizados (proceso metalúrgico).

El carburo de tungsteno le imparte dureza y resistencia al desgaste, y el cobalto

la tenacidad.

El acero y el metal duro pueden unirse el uno con el otro, de dos maneras diferentes:

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 hexagonales de 3/4, 7/8 y 1" de ancho entre caras opuestas del hexágono ( 19, 22 y 25 mm respectivamente), y también aceros circulares.

BARRENOS INTEGRALES:

Consiste en una barra de acero hexagonal que presenta una culata en un extremo y en el otro

un inserto 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 broca de cincel desde 40 a 24 mm de diámetro del inserto, así como desde 4000 (13' 1") a 400 (1' 3.3/4"), mm ( pulgadas).

CARACTERISTICAS DE LOS TALADROS:

En la calidad de perforación de galerías, túneles y labores subterráneas, intervienen, entre otros factores, las características de los barrenos: diámetro, profundidad y alineación.

Los que expresado en términos de producción son: ahorro de costos y seguridad.

Diámetro: El diámetro de los barrenos se decide en base a diversos factores: el tamaño del túnel, el tipo de equipo y perforadora, la longitud de la pega, el método de la voladura, etc.

A su vez, la elección del diámetro del barreno, influye 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 importante 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 perforación de túneles, el normal objetivo es, conseguir el avance más rápido posible.

Alineación: Existen diversos de factores que pueden afectar la alineación de los barrenos.

•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 obtiene una distribución óptima del explosivo.

•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

La aceptación general de la hidráulica ha tenido importantes repercusiones en las

herramientas de perforación.

Estas deben resistir los mayores esfuerzos y tensiones que se derivan de la perforación

a alta velocidad.

El varillaje está sujeto a un trato muy severo, 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 perforación a alta velocidad es esencial un barrido eficaz para evacuar el detritus.

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 barrido insuficiente originará:

•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 se realiza por los siguientes medios:

•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).

Consiste en la perforación de taladros piloto (35 - 45 mm) que después son escariados hasta el gran diámetro de los barrenos de cuele (64 - 127 mm).

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 independencia del tipo de bulones utilizados, hay una clara necesidad de perforar barrenos pequeños.

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 modernas perforadoras de alta velocidad:

•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.

Este tipo de taladros se perfora más fácilmente con el sistema de adición de barras (RAS) de Atlas Copco y las barras de extensión SPEEDROD.

PARTES DE UN BARRENO INTEGRAL

Espiga o Zanco: Es la parte del barreno que ingresa a la bocina.

•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.

Collar o Collarín: Es una prominencia o anillo de 1.3/8" de diámetro y 3/8" de longitud.

•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 hexagonal, octagonal o circular

•Cuya longitud y diámetros son variables.

Broca o Extremo con dispositivo de corte: Contiene a la pastilla o inserto.

•Cuenta con un orificio para la salida del agua y/o aire.

•Los diámetros son variables.

BARRENOS INTEGRALES ACOPLABLES A BROCAS

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 forma de aprovechar los barrenos integrales

originales desgastados, es preparando el

"cono" en un torno mecánico

o esmerilando

AFILADORAS DE DISPOSITIVOS DE CORTE

Son máquinas estacionarias o portátiles accionadas por aire comprimido o electricidad.

Sirven para afilar los insertos en forma longitudinal, diametral o circular.

Existen afiladoras para los diferentes tipos de

inserto, como: cincel, aspa, cruz, y botones.

Igualmente hay marcas o modelos como:

Grindex, Rock Master, Secoroc, etc.

AFILADO DE BARRENOS INTEGRALES

NO PERMITA QUE EL DESGASTE SEA EXCESIVO

Los barrenos deben controlarse con regularidad, de manera que no se desgasten excesivamente 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 tipo de desgaste varía según las rocas o

minerales para que se usen las barrenas.

Pero también otras causas pueden ocasionar

cierto tipo de desgaste.

Las dos principales clases de desgaste, son:

•Desgaste en sentido longitudinal o del filo, y

•Desgaste diametral.

Es corriente que estos tipos de desgaste, se presente combinados.

Desgaste en Sentido Longitudinal

•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 anchura:

•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 debido tiempo.

Desgaste en Sentido Diametral

Producidos en rocas de gran capacidad de desgaste; Ejemplo: cuarcita, arenisca, etc.

Un desgaste diametral consiste en que:

•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 contracono.

Si, después de la aparición del contracono, se sigue perforando:

•Se puede ocasionar fácilmente la rotura del inserto.

En este caso el inserto esta sometido a grandes esfuerzos anormales:

•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.

También es posible que el vástago se rompa debido a

los excesivos esfuerzos que provienen de un

desgaste diametral demasiado grande.

Desgaste Helicoidal

La forma especial llamada helicoidal, es una combinación de desgaste y recalcadura.

La causa de éste desgaste es más que nada:

•La deficiente rotación de la barrena, y

•La insuficiente salida de residuos debido a la mala presión de agua o aire de barrido.

También este desgaste se produce en rocas muy blandas (basalto y areniscas suave):

•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

Empleándola en operaciones normales de perforado, toda barrena moderna puede resistir millones de impactos del émbolo de la perforadora, así como los golpes contra la roca.

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 son ciertamente muy resistentes, más con todo y eso se las tratará con eldebido cuidado, si es que se pretende

que rindan el máximo en lasperforaciones.

No Afile con Exceso

Con demasiada frecuencia ocurre que los insertos se afilan hasta las mismas esquinas:

•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 de barrenas con demasiado esquinas en las plaquitas (inserto):

•No proporciona un aumento apreciable del rendimiento de perforado.Por el contrario, este rendimiento se verá disminuido con ciertos tipos de roca.

Recomendaciones Finales

Asegúrese de que:

•Las barrenas reciban un manejo adecuado en traslados y almacenamiento

•No se empleen barrenas con culatas desgastadas,

•Se utilice la adecuada técnica de perforación,

•El barrido durante las perforaciones sea satisfactorio,

•Las barrenas se afilen a su debido tiempo y del modo adecuado.