Perno para roca para su enlechado en un barreno en una roca, estando caracterizado dicho perno para roca porque presenta

- un alma maciza cilíndrica alargada (1) con una parte roscada (3a) en la parte de superficie de barreno de dicha alma (1),

estando provista dicha parte roscada (3a) de una o más tuercas (3b) y de una o más arandelas, poleas o placas (3c) frontales dispuestas para pretensar el perno para roca en el barreno;

- comprendiendo dicha alma (1) tres o más longitudes extensas de partes de alma (1s), estando seguida cada parte de alma por un anclaje integrado (2a, 2b, 2c, ...), siendo dichos anclajes (2a, 2b, 2c, ...) de extensión corta en comparación con la extensión de dichas partes de alma (1s), estando distribuidos dichos anclajes (2a, 2b, 2c, ...) con unas separaciones (La) a lo largo de la longitud de dicha alma (1);

- estando destinados dichos anclajes (2a, 2b, 2c, ...) para anclarse localmente con relación a sus partes de pared de barreno local correspondientes para absorber la carga que se produce debido a la deformación de la roca,

- estando dispuestas dichas partes de alma (1s) para deslizarse con relación a la lechada o el barreno, para que cada una de dichas almas (1s) limite la deformación local de la roca mediante el alargamiento de dichas partes de alma entre pares de un anclaje anterior anclado localmente (2a, 2b,...) y un anclaje posterior anclado localmente (2b, 2c, ...)

Perno para roca deformable.

Introducción

La presente invención se refiere al empernado para reforzar rocas sometidas a deformación lenta o derrumbe repentino. El empernado es la medida más comúnmente utilizada para reforzar rocas en excavaciones subterráneas. Cada año se consumen millones de pernos para roca en el mundo. Las demandas básicas para los pernos para roca son que deben poder soportar no sólo una carga pesada, sino también resistir un determinado alargamiento antes de que el perno falle. En masas rocosas sometidas a una tensión elevada, la roca reacciona a la excavación o bien en forma de una gran deformación en rocas débiles, o bien de derrumbe de la roca en rocas duras. En estas situaciones, se requieren pernos que puedan tolerar la deformación (o que puedan absorber la energía) con el fin de lograr un buen efecto de refuerzo de la roca. Particularmente, en la industria minera, esta necesidad de pernos que puedan tolerar la deformación es incluso más fuerte que en otros campos relacionados con las rocas dado que las actividades mineras son cada vez más y más profundas y los problemas de la deformación y el derrumbe de las rocas son cada vez más graves.

Antecedentes de la técnica

El documento WO99/61749 de Ferguson: "Rock bolt and method of forming a rock bolt" describe indentaciones que forman secciones de paleta formadas mediante la deformación plástica de una parte de una barra de acero, realizándose la deformación mediante la aplicación de una fuerza de corte excéntrica sobre la barra, dando como resultado paletas tales como las que se han vuelto a trazar en la figura 8 de la presente solicitud. Los fines del perno para roca de Ferguson son que la paleta mejore el mezclado y que la formación de corte de la paleta no deforme plásticamente el perno en sentido axial ni lateral del perno. Ferguson propone una cubierta expansible montada incluyendo cuñas que actúan de manera radial para interaccionar con las paletas y expandir las cubiertas para bloquear el perno respecto a la pared del orificio del perno. Además, Fergurson propone una pluralidad de secciones de paleta formadas a lo largo de la extensión del perno. Un inconveniente significativo de las paletas de Ferguson es que el procedimiento de fabricación que implica la deformación de una parte del perno mediante la aplicación de una fuerza de corte excéntrica, hace que la sección de paleta constituya el punto más débil de modo que no podría proporcionar un efecto de anclaje satisfactorio.

La solicitud de patente US 2005/0158127A1 también de Ferguson, "Yielding strata bolt" describe un perno para roca que presenta un tendón que puede ceder deslizándose a través de los anclajes en vez de porque ceda el material del tendón, y de este modo se controla el movimiento de las rocas inestables en las que está dispuesto el perno. El tendón como tal puede estar constituido por filamentos de hilo o una barra metálica, y presenta un tubo circundante dispuesto como mecanismo de deslizamiento de lechada. Los anclajes de lechada están constituidos por dos partes de anclaje simétricas fijadas al tendón, véase la figura 9 de la presente solicitud. Un inconveniente del documento US2005/0158127 es el hecho de que el elemento de tensión sólo se deforma y no se refuerza en comparación con la parte recta del mismo, y por tanto el perno es susceptible de romperse en el anclaje, particularmente si el elemento de tensión está hecho a partir de una barra sólida. Otro inconveniente del documento US2005/0158127 es el mero número de componentes requeridos para formar un perno para rocas funcional.

La patente alemana DE 35 04 543 define una varilla de anclaje para su inserción y enlechado o encolado en barrenos en cavidades bajo la superficie. El anclaje presenta una varilla de anclaje con secciones que presentan una superficie perfilada para su conexión con la roca y una parte roscada de un solo extremo con una tuerca solidaria con o soldada a la propia varilla. La varilla de anclaje presenta una placa de anclaje fija, solidaria o soldada que separa entre la parte roscada externa y la parte parcialmente perfilada interna al barreno de la varilla de anclaje y por tanto no puede usarse para pretensar la varilla de anclaje en el barreno. Un perfilado de superficie de la varilla de anclaje se forma mediante una formación de onda en la dirección longitudinal de una varilla originalmente lisa con una sección transversal redonda. La varilla del documento DE 35 04 543 presenta tres secciones consecutivas para asentarse en un barreno: una parte media de proyección libre, lisa de la varilla de anclaje con una transición a una parte ondulada de la varilla en cada extremo de la sección media lisa, presentando la transición un aumento de amplitud de onda en la dirección alejada de la sección media lisa. La parte lisa es para absorber las fuerzas longitudinales que aparecen tras producirse la deformación de la roca, pero no puede impedir la deformación inicial de la roca debido al hecho de que el perno para roca puede no estar pretensado en el barreno.

Problemas que se van a resolver

Según el mecanismo de anclaje, todos los dispositivos de empernado se clasifican en tres categorías: (a) pernos mecánicos, (b) pernos completamente enlechados y (c) pernos de fricción.

De entre todas las alternativas de los pernos para roca comerciales actualmente disponibles, el perno más adecuado para combatir los problemas de deformación y derrumbe de la roca puede ser el denominado perno de cono sudafricano (Li y Marklund, 2004). El perno de cono puede alargarse bastante y al mismo tiempo soporta una carga bastante alta. Sin embargo, es un perno de dos puntos de anclaje con un cono invertido en el extremo interno de un perno por lo demás liso para su instalación en un orificio lleno de cemento. El anclaje de superficie puede ser una placa sujeta por una tuerca en el extremo exterior roscado del perno. Un fallo de uno de los anclajes, por ejemplo en la superficie de pared, conduciría a una pérdida completa de su función de refuerzo de la roca.

Respecto al refuerzo de rocas en masas rocosas con mucha tensión, las desventajas de los pernos actualmente disponibles son:

Patrones de carga de pernos en diferentes masas rocosas

En rocas débiles, un gran volumen de roca alrededor de una abertura subterránea se someterá a fallo en el caso de altas tensiones in situ. La magnitud de la deformación de la roca es máxima en la superficie de pared de la abertura y disminuye hacia el interior de la masa rocosa. Este tipo de deformación de la roca da como resultado que los pernos para roca se carguen mucho más en el área cerca de la superficie de pared (Sun, 1984; Li y Stillborg, 1999). Esto explica por qué muchos pernos de refuerzo fallan en la rosca en masas rocosas bastante deformadas (Li, 2006a). A veces, incluso una gran fractura por esfuerzo cortante puede desarrollarse varios metros por detrás de la superficie de pared (Li, 2006b). En este caso, se demanda que los pernos presenten también la capacidad de soportar la carga y deformación en ubicaciones profundas.

En una masa rocosa unida, se carga de manera local un perno en las ubicaciones en las que el perno interseca las uniones...

1. Perno para roca para su enlechado en un barreno en una roca, estando caracterizado dicho perno para roca porque presenta

2. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que la relación de una longitud de dichas partes de alma (1s) con respecto a una longitud de dichos anclajes está comprendida entre 5 a 1 y 40 a 1.

3. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dicha separación del anclaje es de aproximadamente 0,55 m, dicha longitud del anclaje es de aproximadamente 0,05 m.

4. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichas separaciones (L_a) de dichos anclajes (2) son de la misma longitud.

5. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dicha alma (1) con unos anclajes integrados (2) está realizada en acero.

6. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichas partes de alma (1s) están dispuestas para presentar una capacidad de deformación superior por unidad de longitud en comparación con dichos anclajes (2).

7. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichos anclajes integrados (2) están endurecidos.

8. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que un primer límite elástico de dichos anclajes (2) es superior a un segundo límite elástico de dichas partes de alma (1s).

9. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichas partes de alma (1s) presentan una superficie lisa para el deslizamiento con relación a la lechada o al perímetro de pared de barreno local.

10. Perno para roca según la reivindicación 9, en el que dicho perno está pulido mecánicamente o está electropulido.

11. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichas partes de alma (1s) están provistas de una capa (6) deslizante.

12. Perno para roca según la reivindicación 11, en el que dicha capa (6) deslizante es cera o pintura.

13. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dicha alma (1s) está tratada en superficie para no unirse a dicha lechada endurecida.

14. Perno para roca según la reivindicación 13, en el que dicha alma (1) presenta un tratamiento químico de superficie mediante la adición de una capa de óxido de metal sobre dicha alma (1).

15. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichos anclajes (2) presentan una sección decreciente para la disipación de energía mediante el desplazamiento y la deformación de la lechada adyacente cuando está muy cargada.

16. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que dichas roscas (3a) presentan un diámetro eficaz igual o superior a un diámetro eficaz de dicha alma (1).

17. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que la parte roscada (3a) está endurecida.

18. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que una parte de extremo de orificio de fondo de dicha alma (1) está provista de una mezcladora (4) de extremo.

19. Perno para roca según la reivindicación 18, en el que dicha mezcladora (4) de extremo está constituida por un anclaje (2).

20. Perno para roca según la reivindicación 1, en el que la relación de una longitud de dichas partes de alma (1s) con respecto a una longitud de dichos anclajes está comprendida entre 10 y 1.