Pernos autoperforantes Cómo los especificamos correctamente? Qué propiedades importantes debe cumplir el material? Óscar Pro

Transcripción

1 Seminario «Soluciones y avances tecnológicos para proyectos de túneles» 19 de agosto de 2014 Pernos autoperforantes Cómo los especificamos correctamente? Qué propiedades importantes debe cumplir el material? Óscar Pro Ingeniero en minas departamento de Exportación Friedr. Ischebeck GmbH 60 páginas

2 PERNOS AUTOPERFORANTES: Cómo los especificamos correctamente? Qué propiedades importantes debe cumplir el material? Óscar Pro Ingeniero de Minas Departamento de Exportación de Friedr. Ischebeck GmbH Soluciones y avances tecnológicos para proyectos de túneles

3 Inventados y desarrollados en Alemania por el Ingeniero E.F. Ischebeck en 1983, los pernos autoperforantes aportan a la Ingeniería Geotécnica y Civil una nueva dimensión en el refuerzo, sostenimiento, mejora de terrenos y cimentaciones. La ejecución de micropilotes, anclajes y bulones mediante los pernos autoperforantes en terrenos con rocas o suelos disgregados o blandos puede llevarse a cabo en una única operación

4 Cimentaciones y recalces

5 Cimentaciones

6 Recalces

7 Anclaje de pantallas

8 Anclaje de pantallas

9 Soil Nailing

10 Soil Nailing

11 Cimentación

12 Micropilotes contra subpresiones

13 Micropilotes en losas de subpresión

14 Túneles

15 Túneles

16 Túneles

17 Túneles NOMBRE DE LA CHARLA

18 Componentes del sistema Centrador Barra hueca Boca de perforación Manguito de unión

19 El elemento portante en los pernos autoperforantes es una barra de acero roscada por laminación en frio que sirve como: sarta de perforación perdida conducto de inyección armadura Esto permite ahorrar pasos en la perforación logrando mayores rendimientos que los sistemas con entubado

20 Distintos diámetros para distintas cargas

21 Distintas protecciones Acero en bruto Acero galvanizado Acero con protección duplex

22 Manguito de unión Permite la conexión entre las barras Debe transmitir las cargas No puede comprometer la capacidad requerida para el conjunto del perno

23 Centrador Facilita la evacuación del detritus durante la perforación Ayuda a mantener la orientación del taladro Garantiza el centrado del perno dentro del bulbo

24 Bocas de perforación Boca para arcilla: Para suelos arcillosos, suelos mixtos arcillo-arenosos cohesivos sin bolos < 50 SPT Boca en cruz: Para arenas densas y gravas con bolos > SPT 50 Boca de botones: Para roca disgregada, filita, esquisto, roca arcillosa; resistencia < 70 MPa

25 Bocas de perforación Boca de botones de metal endurecido: Para rocas con resistencia > 70 MPa Boca de metal endurecido con escariador: Asegura estabilidad en la alineación (desv. < 2%)

26 Método de instalación Perforación directa Con barrido e inyección simultánea a la perforación a/c = 0,7-1,0

27 Método de instalación Método de instalación El empleo de cemento como fluido de perforación: estabiliza el anular de perforación, mejora el terreno por saturación de cemento y aumenta la adherencia del perno al terreno a/c = 0,7 1,0

28 Método de instalación Inyección dinámica Con lechada de cemento en una fase Rotación sin avance a/c ~ 0,4 0,5

29 Resultado Lechada de barrido a/c ~ 0.7 TITAN 30/11 Terreno mejorado Lechada final a/c ~ 0.4 d diámetro boca de perforación

30 Resultado Las dos etapas de inyección conforman el cuerpo perimetral de cemento que envuelve al elemento portante de acero. Este cuerpo presenta formas irregulares que interaccionan con el terreno colindante

31 Resultado

32 Calidad del acero de los pernos autoperforantes En la Unión Europea, existen dos normas de referencia que cubren los ámbitos de aplicación de los pernos autoperforantes: 1. EN Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Micropilotes. 2. EN Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Claveteado de suelo (soil nailing) Ambas normas requieren una calidad para las barras de acero conforme a las normas EN Acero para el armado de hormigón y EN Proyecto de estructuras de hormigón (Eurocódigo 2)

33 Calidad del acero de los pernos autoperforantes En Estados Unidos se exige después de la publicación por la FHWA del documento Hollow-Core Soil Nails State-Of-The-Practice de 2006 una calidad del acero de acuerdo con ASTM A615 (calidad de acero de refuerzo).

34 Calidad del acero de los pernos autoperforantes Límite elástico La Norma EN (Eurocódigo 2) Proyecto de estructuras de hormigón. Reglas generales para edificación especifica claramente que el límite elástico debe estar dentro del rango 400 MPa < fy < 600 MPa El valor máximo viene definido por la compatibilidad de la deformación entre el cemento y el acero del perno autoperforante. La deformación máxima permitida para el cemento está limitada a un 3 para evitar fracturas y grietas longitudinales en micropilotes compuestos

35 Calidad del acero de los pernos autoperforantes -Deformación uniforme En la norma EN Soil Nailing en el epígrafe Elementos metálicos para refuerzo se exige expresamente una deformación uniforme de valor Agt 5%. Esto se corresponde con una clase de ductilidad B Tras superarse el límite elástico la resistencia aumenta mínimamente; el acero fluye y se plastifica. Esta plastificación y la formación de fisuras plásticas son necesarias para muchas de las aplicaciones de los micropilotes y trabajos de estabilización de terrenos.

36 Calidad del acero de los pernos autoperforantes - Deformación uniforme: ductilidad De una forma sencilla podemos definir la ductilidad como la capacidad de un acero para admitir deformaciones importantes bajo tensiones superiores a su límite elástico. La ductilidad de un acero sometido a tracción es la capacidad para deformarse bajo carga sin romperse, una vez superado el límite elástico Una estructura dúctil cuando está próxima al colapso advierte de su situación experimentando grandes deformaciones e importante fisuración Si la estructura es frágil, el colapso se alcanza sin previo aviso, con pequeñas deformaciones

37 Calidad del acero de los pernos autoperforantes La ductilidad se puede ensayar fácilmente en la obra mediante un simple ensayo de flexión de 180 como se indica en la norma EN Acero para el armado del hormigón

38 Calidad del acero de los pernos autoperforantes - Resistencia al impacto Los pernos autoperforantes pertenecen al grupo de los escasos materiales de construcción que se emplean como útil de trabajo y posteriormente quedan emplazados como elementos portantes permanentes. Por este motivo, para que no resulten dañados durante el proceso de instalación, debemos emplear un acero según EN con resistencia al impacto elevada. La resistencia al impacto de los aceros disminuye de una manera importante con la temperatura, por ello para poder comparar los valores se desarrollan los ensayos a temperaturas de 20 C.

39 Calidad del acero de los pernos autoperforantes - Resistencia al impacto La prueba de impacto Charpy muestra si un acero tiene suficiente dureza en condiciones de carga desfavorable. El valor medio de tres muestras debe estar por encima de 40 J Sólo uno de los valores podrá encontrarse entre 28 J y 40 J Norma EN Productos metálicos. Tipos de documentos de inspección Ensayo de aceptación 3.1 verificación del material

40 Calidad del acero de los pernos autoperforantes Resistencia al impacto Resultados ensayo Charpy a -20 C cast test piece work 1 work 2 work 3 mean value J J J J min max

41 Tipo de rosca La adherencia a rasante depende sobre todo de la geometría de la rosca El valor del área proyectada de corrugas f R es representativo de la eficacia de la adherencia

42 Tipo de rosca Rosca T (EC 2, DIN 488, EN10080) Rosca R ( ISO 10208) Ang. flanco Ang. flanco 45 F fisuración 17 F fisuración 2 mm prof. rosca 1 mm prof. rosca

43 Calidad del acero de los pernos autoperforantes Análisis químico: Carbono equivalente N colada C Mn V Cr Ni Mo Cu % % % % % % % min. - 1, max 0,220 1,70 0,200 0,300 0,800 0,100 0,700 ISCH ,210 1,540 0,100 0,110 0,050 0,020 0,030 SWR ,443 0,590 0,007 0,942 0,010 0,001 0,010 CEV = C + Mn + Cr + Mo + V + Ni + Cu Espesor Valor máximo del CEV 16 mm < 0.53 % 17 mm - 65 mm < 0.55 % CEV(ISCH314938)= 0,518 % CEV(SWR344737)= 0,733 % Norma EN Productos metálicos. Tipos de documentos de inspección Ensayo de aceptación 3.1 verificación del material

44 A escala microscópica

45 A escala microscópica

46 A escala algo más visible

47 Prescripción de los pernos autoperforantes: Definición de cargas Especificar la carga en el 0,2% del límite elástico en kn Carga de rotura en kn Ensayo de rotura para dos pernos unidos con manguito

48 Prescripción de los pernos autoperforantes: Características del acero Acero estructural de grano fino con un CEV: CEV < 0.53 % (e 16 mm) CEV < 0,55 % (17 mm e 65 mm Límite elástico del acero 400 MPa f Y 600 Mpa Deformación uniforme del acero A gt 5% Test de impacto Charpy con valores superiores a 40 Joule a temperatura de ensayo de 20 C

49 Prescripción de los pernos autoperforantes: Exigencias manguitos No pueden comprometer la capacidad requerida al elemento portante Deben ser autoblocantes y con disco central para transmitir los cambios de carga de tracción a compresión y las cargas dinámicas Deben transmitir la percusión durante la perforación

50 Range of allowable dynamic stress log σ R N/mm² Prescripción de los pernos autoperforantes: Exigencias manguitos Requerimientos para los elementos de conexión de acuerdo con EN Ensayo de fatiga TITAN system results number of cycles

51 Manguito de unión sin tope central sin juntas de estanqueidad Peso 1,15 kg

52 Manguito de unión Tope central con anillo de acero Juntas de estanqueidad Peso 1,45 kg

53 Manguito de unión admite cargas estáticas y dinámicas tope central con anillo de acero y juntas de estanqueidad transmisión óptima de la energía de percusión las juntas posibilitan el empleo de presiones hasta 200 bar el tope asegura el correcto posicionado de las barras el manguito transmite correctamente toda la carga

54 Homologación Oficial de Idoneidad Técnica Z Los micropilotes de inyección TITAN están regulados en Alemania a través de la homologación oficial de idoneidad técnica Z otorgada por el Instituto Alemán de la Construcción (Deutsches Institut für Bautechnik,DIBt)

55

56 Aseguramiento de la Calidad

57 Trazabilidad del producto

58 Marcado

59 Marcado

60 Muchas gracias por su atención

61 Contacto: FRIEDR. ISCHEBECK GmbH Teléfono: