Pernos para roca realizados de tubos de acero de alta resistencia y procedimiento de fabricación de los mismos.

Un perno para roca de tubo de acero de alta resistencia que comprende un cuerpo principal de perno para roca expansivo realizado a partir de un tubo conformado que tiene una o más concavidades que se extienden a lo largo de una dirección axial,

realizándose el tubo conformado formando una chapa de acero de alta resistencia que tiene un grosor de 1,8-2,3 mm, una resistencia a la tracción de 490-640 N/mm2 y un alargamiento del 20 % o más.

Pernos para roca realizados de tubos de acero de alta resistencia y procedimiento de fabricación de los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención La presente invención se refiere a un perno para roca de tubo de acero de alta resistencia, el cual se fija firmemente a un lecho rocoso o terreno en un estado expandido radialmente por una presión hidráulica, y un procedimiento de fabricación del mismo.

Descripción de la técnica relacionada Un perno para roca de tubo de acero, el cual se fija firmemente a un lecho rocoso o terreno en un estado expandido, se fabrica a partir de un tubo conformado hueco que tiene una o más concavidades expansivas que se extienden en dirección axial. El perno para roca de tubo de acero 1 tiene un extremo sellado, el cual se inserta dentro de un orificio de instalación de perno para roca formado en un lecho rocoso o terreno 2, tal como se muestra en la fig. 1. Existe un hueco entre el orificio de instalación de perno para roca y el perno para roca de tubo de acero sin expandir 1 (fig. 2A) . El perno para roca de tubo de acero 1 se expande por una presión hidráulica (fig. 2B) , y finalmente se presiona sobre una pared interior del orificio de instalación de perno para roca (fig. 2C) . En consecuencia, el lecho rocoso o terreno 2 es reforzado con el perno para roca 1.

Se ha usado como perno para roca expansivo un tubo conformado con al menos una concavidad expansiva 4, la cual se extiende a lo largo de una dirección axial, con el fin de facilitar la expansión por una presión hidráulica. El tubo conformado tiene extremos superior y posterior sellados herméticamente y un orificio para la introducción de un fluido a presión en su pared lateral. Un tubo de acero conformado, el cual tiene manguitos fijados a sus dos extremos para la introducción de un fluido a presión, también se desvela en el documento JP2003-501573A.

Para la normalización de los trabajos y el ahorro de costes laborales en los lugares de construcción tales como túneles, se perforan muchos orificios de instalación de perno para roca del mismo tamaño en un lecho rocoso o terreno 2, y se colocan pernos para roca de tubo de acero del mismo diámetro en los orificios de instalación de perno para roca. Por ejemplo, un tubo conformado, el cual está formado de un tubo de acero de 54 mm de diámetro exterior en un perfil que tiene un diámetro exterior de 36 mm y una concavidad 4, se coloca en un orificio de instalación de perno para roca de 45-50 mm de tamaño y se fija firmemente a un lecho rocoso o terreno 2 mediante expansión hidráulica.

Los pernos para roca de tubo de acero expansivos se clasifican en un grupo de 110 kN y un grupo de 170 kN por el límite elástico necesario para las condiciones de construcción, por ejemplo, la capacidad y la geomecánica de un 40 lecho rocoso o terreno así como los perfiles de la sección transversal de los túneles. Los pernos para roca que pertenecen al grupo de 110 kN se fabrican a partir de chapas de acero de 2 mm de grosor con una resistencia a la tracción de 300 N/mm2 o más y un alargamiento total del 30 % o más. Los pernos para roca que pertenecen al grupo de 170 kN, se fabrican a partir de chapas de acero de 3 mm de grosor con una resistencia a la tracción de 300 N/mm2 o más y un alargamiento total del 35 % o más. En cualquier caso, la chapa de acero está formada en un tubo 45 cilíndrico de 54 mm de diámetro exterior y reformada además en un tubo conformado de 36 mm de diámetro exterior con una concavidad 4.

El tubo conformado se fabrica curvando parcialmente un tubo cilíndrico con un radio de curvatura pequeño en un plano seccional, tal como se muestra en la fig. 2A. Suponiendo que los tubos conformados tienen el mismo diámetro 50 exterior, un radio de curvatura en un centro es más pequeño que un aumento de grosor de una chapa de acero, la cual se forma en un tubo conformado. Los tubos conformados además están recalcados por sus dos extremos, ya que unos manguitos que tienen diámetros interior y exterior de tamaño regularizado están fijados a las partes extremas de los tubos conformados. Una chapa de acero más gruesa es reformada con un radio de curvatura más pequeño incluso en el procedimiento de recalcado. Es decir, un radio de curvatura local se hace más pequeño que 55 un aumento de grosor de una chapa de acero para elevar la resistencia de un perno para roca.

Por cierto, se introducen mucha tensiones en una chapa de acero en un procedimiento de realización de tubos, un procedimiento de conformación de tubos y un procedimiento de recalcado. También se acumulan tensiones durante la expansión hidráulica de un tubo conformado. Cuando se expande más aún el tubo conformado, a menudo se

agrieta debido a la introducción de tensiones adicionales. El agrietamiento causa fuga de un fluido a presión, expansión insuficiente del tubo conformado y escasez de la resistencia necesaria para un perno para roca.

El documento JP2003-206698 desvela un perno para roca realizado de tubo de acero revestido que comprende un 5 cuerpo hueco, uno de cuyos extremos está cerrado.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención está dirigida a la provisión de pernos para roca de tubo de acero de alta resistencia con elevada fiabilidad. Un objeto de la invención es inhibir el agrietamiento de los pernos para roca, el cual es inducido por las tensiones introducidas en un procedimiento de conformación de tubos, un procedimiento de recalcado y un procedimiento de expansión hidráulica. Otro objeto de la invención es iniciar la deformación expansiva del tubo conformado a una presión relativamente más baja durante la expansión hidráulica y completar la deformación expansiva en un corto periodo de tiempo.

La invención propone un perno para roca de tubo de acero de alta resistencia, que comprende un cuerpo principal de perno para roca expansivo formado a partir de un tubo conformado que tiene una o más concavidades que se extienden a lo largo de una dirección axial. El tubo conformado se fabrica a partir de una chapa de acero de alta resistencia de 1, 8-2, 3 mm de grosor con una resistencia a la tracción de 490-640 N/mm2 y un alargamiento del 20 %

o más. El tubo conformado tiene, con preferencia, una resistencia a la tracción de 530-690 N/mm2 y un alargamiento del 20 % o más.

El material del perno para roca puede ser una chapa de acero de alta resistencia revestida con una capa de chapado de Zn, Zn-Al o Zn-Al-Mg. La capa de chapado está presente sobre una superficie del tubo conformado 25 después de ser laminado y protege a un perno para roca, el cual es incrustado en un lecho rocoso o terreno, de una atmósfera corrosiva.

El perno para roca de tubo de acero inventivo se fabrica mediante las siguientes etapas:

(1) Una etapa de formación de una chapa de acero de alta resistencia de 1, 8-2, 3 mm de grosor con una resistencia a la tracción de 490-640 N/mm2 y un alargamiento del 20 % o más en un tubo de acero soldado de 50-55 mm de diámetro exterior.

(2) Una etapa de laminación del tubo de acero soldado en un tubo conformado que tiene un diámetro exterior de 34, 0-38, 0 mm y una o más concavidades que se extienden a lo largo de una dirección axial. 35 (3) Una etapa de corte del tubo conformado a una longitud predeterminada.

(4) Una etapa de recalcado de los dos extremos del tubo conformado cortado.

(5) Una etapa de sellado de los dos extremos (es decir, un extremo del tubo conformado que ha de colocarse en un orificio de instalación de perno para roca y el otro extremo para la introducción de un fluido a presión) del tubo conformado con manguitos.

(6) Una etapa de formación de un orificio, que se extiende hasta un interior del tubo conformado para la introducción de un fluido a presión, en una pared lateral del manguito.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La fig. 1 es una vista explicativa para el refuerzo de un terreno con un perno para roca expandido. La fig. 2A es una vista en corte que ilustra un perno para roca, el cual está colocado en un orificio de instalación de perno para roca de un terreno pero todavía sin expandir. La fig. 2B es una vista explicativa para la aplicación de una presión hidráulica a un perno para roca durante la expansión.

La fig. 2C es una vista explicativa para la aplicación de una presión a un perno para roca, el cual está completamente expandido. La fig. 3 es un gráfico que muestra el rendimiento de una bomba hidráulica. La fig. 4 es una vista explicativa que muestras los cambios de un perfil seccional de un tubo en respuesta a las etapas de conformación.

La fig. 5 es una vista esquemática que ilustra perfiles de rodillos de formación, los cuales se... [Seguir leyendo]

1. Un perno para roca de tubo de acero de alta resistencia que comprende un cuerpo principal de perno para roca expansivo realizado a partir de un tubo conformado que tiene una o más concavidades que se extienden a lo largo de una dirección axial, realizándose el tubo conformado formando una chapa de acero de alta resistencia que tiene un grosor de 1, 8-2, 3 mm, una resistencia a la tracción d.

49. 640 N/mm2 y un alargamiento del 20 % o más.

2. El perno para roca de tubo de acero de alta resistencia según la reivindicación 1, en el que el tubo conformado realizado formando la chapa de acero de alta resistencia tiene una resistencia a la tracción d.

53. 690 N/mm2 y un alargamiento del 20 % o más.

3. El perno para roca de tubo de acero de alta resistencia según la reivindicación 1 o 2, en el que el tubo conformado está revestido con una capa de chapado de Zn, Zn-Al o Zn-Al-Mg. 15

4. Un procedimiento de fabricación de un perno para roca de tubo de acero que implica las etapas de:

(1) procesar una chapa de acero de 1, 8-2, 3 mm de grosor con una resistencia a la tracción d.

49. 640 N/mm2 y un alargamiento del 20 % o más en un tubo de acero soldado d.

5. 55 mm de diámetro exterior; 20 (2) laminar el tubo de acero soldado en un tubo conformado de 34, 0-38, 0 mm de diámetro exterior que tiene una

o más concavidades que se extienden a lo largo de una dirección axial;

(3) dimensionar el tubo conformado a una longitud predeterminada;

(4) recalcar los dos extremos del tubo conformado dimensionado;

(5) fijar herméticamente manguitos en los dos extremos del tubo conformado, siendo un extremo una parte

superior que ha de ser insertada dentro de un orificio de instalación de perno para roca en un lecho rocoso o terreno, y siendo el extremo opuesto un lugar para la introducción de un fluido a presión; y (6) perforar el manguito en el extremo opuesto para la formación de una entrada de fluido a presión que conduce a un interior del tubo conformado.