Propiedades Mecánicas de las Rocas y Perforación Rotopercutiva

Propiedades Mecánicas de las Rocas

Elasticidad

La mayoría de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento elástico-frágil que obedece a la ley de Hooke y se destruyen cuando las tensiones superan el límite de elasticidad. Según el carácter de deformación, se consideran 3 grupos de rocas:

• Elasto-frágiles: Obedece a la ley de Hooke.
• Plástico-frágiles: A cuya destrucción precede la deformación plástica.
• Altamente plásticas: Muy porosas, cuya deformación plástica es insignificante.

Plasticidad

En algunas rocas, a la destrucción le precede la deformación plástica. Esta comienza cuando las tensiones en la roca superan el límite de elasticidad. En el caso de un cuerpo idealmente plástico, tal deformación se desarrolla con una tensión invariable. La plasticidad depende de la composición mineral de las rocas y disminuye con el aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas húmedas y algunas rocas homogéneas poseen altas propiedades plásticas.

Abrasividad

La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento. Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son:

• Dureza de los granos: Rocas con granos de cuarzo son muy abrasivas.
• Forma de los granos: Los más angulosos son más abrasivos que los redondeados.
• Tamaño de los granos.
• Porosidad: Superficies rugosas con concentraciones de tensiones locales.
• Heterogeneidad: Rocas poliminerales, aunque tengan igual dureza, son más abrasivas (ej. granos de cuarzo en un granito). Influye en la vida útil de los útiles de perforación.

Estructura

Las propiedades estructurales de los macizos rocosos (esquistosidad, planos de estratificación, juntas, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buzamiento) afectan a la linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforación y a la estabilidad de las paredes de los taladros.

Perforación Rotopercutiva

Ventajas:

• Aplicables a todo tipo de rocas (blandas y duras).
• Amplia gama de diámetros de perforación.
• Equipos versátiles y con gran movilidad.
• Fácil y rápido mantenimiento.
• Precio de adquisición no elevado.
• Utilizadas en obras públicas (túneles, cavernas, carreteras, autopistas, excavaciones, etc.) y minas subterráneas y de cielo abierto (pequeño a medio tamaño).

Martillo en Cabeza

La rotación y percusión se producen fuera del barreno, transmitiéndose a través de una espiga y el varillaje hasta la boca de perforación. Los martillos pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico.

Martillo en Fondo

La percusión se realiza directamente sobre la boca de perforación, mientras que la rotación se efectúa en el exterior del barreno. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica.

Acciones Básicas en la Perforación Rotopercutiva

• Percusión: Impactos del pistón que originan ondas de choque.
• Rotación: Gira la boca para impactos en distintas posiciones.
• Empuje: Mantiene el útil en contacto con la roca.
• Barrido: Extrae el detritus del fondo del barreno.

El proceso de formación de las indentaciones (avance en este sistema de perforación) se divide en cinco instantes:

1. Aplastamiento de las rugosidades de la roca.
2. Aparición de grietas radiales y formación de una cuña en forma de V.
3. Pulverización de la roca de la cuña por aplastamiento.
4. Desgajamiento de fragmentos mayores en las zonas adyacentes a la cuña.
5. Evacuación del detritus por el fluido de barrido.

Empuje

La energía generada debe transmitirse a la roca. Un empuje insuficiente reduce la velocidad de penetración, produce mayor desgaste y aumenta la pérdida de apriete. Un empuje excesivo también disminuye la velocidad de perforación, dificulta el desenroscado y aumenta el desgaste de las brocas, par de rotación y vibraciones.

Barrido

Es necesario mantener el fondo de los barrenos limpio, evacuando el detritus. De lo contrario, se consumirá mucha energía en la trituración de partículas, produciendo desgaste y pérdidas de rendimiento, además del riesgo de atascos. El barrido se realiza con un fluido aire-agua o espuma inyectado a presión.

Perforadoras Neumáticas

Un martillo accionado por aire comprimido consta básicamente de:

• Un cilindro cerrado con una abertura axial para el elemento porta-barrenas y un dispositivo retenedor de varillas.
• El pistón que golpea el vástago.
• La válvula que regula el paso de aire comprimido.
• Un mecanismo de rotación.
• El sistema de barrido (tubo que permite el paso de aire al interior del varillaje).